[发明专利]N-甲基吡咯烷酮降解菌及在废水处理中的应用

说明书

本发明属于环境有机污染物生物处理技术领域，公开了N‑甲基吡咯烷酮降解菌及在废水处理中的应用。本发明以长期用于处理N‑甲基吡咯烷酮的活性污泥为菌源，以N‑甲基吡咯烷酮为唯一碳源的无机盐培养基作为筛选培养基，分离纯化得到一株能高效降解N‑甲基吡咯烷酮，同时进行反硝化脱氮的芽孢杆菌，保藏编号为CCTCC NO：M2020684。本发明的芽孢杆菌可以利用N‑甲基吡咯烷酮作为唯一电子供体进行缺氧反硝化脱氮反应，同步实现N‑甲基吡咯烷酮的矿化降解，具有高效的有机物降解能力和反硝化能力，适用于废水中高浓度硝态氮及难降解有机污染物的去除处理。

技术领域

本发明属于环境有机污染物生物处理技术领域，涉及一种N-甲基吡咯烷酮降解菌及在废水处理中的应用。

背景技术

N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone，NMP)，也称为1-甲基-2-吡咯烷酮，是含氮杂环化合物中一种典型的有机极性溶剂，具有低挥发性、高极性和无腐蚀性等特点，用途覆盖了锂电池、粘合剂、颜料、染料和医药等诸多行业。由于N-甲基吡咯烷酮具有良好的水混溶性，极易随着废水排放到环境中。据报道，工业废水中N-甲基吡咯烷酮的含量常常高于10mM，每年有超过2400吨的N-甲基吡咯烷酮通过废水排放进入到自然环境中。然而，N-甲基吡咯烷酮结构稳定，可生化性差且具有较强的生物毒性，在自然界的水土环境中稳定性很强，不易在自然条件下被水解或光解，也不易被环境微生物所降解。未经处理达标的N-甲基吡咯烷酮废水一旦排放到环境中，必然会对生态环境及水域系统造成严重危害。

目前，含N-甲基吡咯烷酮废水的处理方法包括光催化法，臭氧氧化法等高级氧化法、膜分离法、生物处理法等。然而，高级氧化和膜分离等物理化学方法处理含N-甲基吡咯烷酮废水成本较高，极易造成二次污染。生物处理技术具有经济、高效、二次污染小等诸多优点，可实现工业废水的无害化治理，是应用最广的废水处理技术。但是，由于N-甲基吡咯烷酮的高生物毒性和结构稳定性，N-甲基吡咯烷酮废水生物处理的前提是获得能够耐受N-甲基吡咯烷酮生物毒性并能实现N-甲基吡咯烷酮矿化降解的特殊菌株。现有的可降解N-甲基吡咯烷酮的菌株，不仅降解周期较长、降解效率不高，还需在耗氧条件下培养，在实际应用中大大增加了耗电曝气等工艺运行成本。

经检索，中国专利申请号为2016100710813的申请案公开了一种N-甲基吡咯烷酮降解芽孢杆菌NMP-2及其应用，所用菌株经鉴定为芽孢杆菌(Bacillus)。主要生物学特性为G+，菌体为杆状，具有内生孢子，好氧生长。能以N-甲基吡咯烷酮为唯一碳源、氮源进行生长，并将其彻底矿化产生氨氮。该申请案的芽孢杆菌菌种虽然能够达到降解N-甲基吡咯烷酮的目的，然而仍需要在好氧条件下培养，应用成本较高。

考虑到含N-甲基吡咯烷酮的工业废水中通常含有较高浓度的硝酸盐，如能获得可以N- 甲基吡咯烷酮为电子供体、硝态氮为电子受体的反硝化脱氮菌株，在缺氧反硝化脱氮的同时实现N-甲基吡咯烷酮的高效降解，将对含N-甲基吡咯烷酮和硝态氮的工业废水的低成本和无害化处理产生重要意义。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中用于降解N-甲基吡咯烷酮的芽孢杆菌通常在好氧条件下进行降解反应，应用成本较高，本发明提供了一种能够在缺氧条件下能够高效降解N-甲基吡咯烷酮的芽孢杆菌(Bacillus pumilus)，该菌株可以利用N-甲基吡咯烷酮作为电子供体、硝态氮为电子受体高效降解N-甲基吡咯烷酮，同步实现反硝化脱氮的功能菌株。

2.技术方案

针对上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：