一種銅綠假單胞菌及應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境工程、生物領域，涉及一株具有電活性的好氧反硝化性能的銅綠 假單胞菌（pseudomonas aeruginosa) CPl菌株及其在高溫環境下脫除廢水中脫除水中的硝 酸根與亞硝酸根的應用。
【背景技術】
[0002] 我國是農業大國，每年產生的農業廢棄物數量巨大。而長期以來，我國把污染治理 的重點都放在了城市，卻忽視了占全國總面積高達90%的廣大農村。大量農作物的廢棄物 被隨意燃燒或自然腐爛，增加了空氣污染指數并影響到交通和航空運輸事業，農藥、垃圾糞 便等殘留進入土壤，導致形成的硝酸鹽、亞硝酸鹽等流入河、湖并滲入地下，造成地表水和 地下水的硝酸鹽污染。一方面影響到農產品的產量和品質，另一方面也制約經濟發展，也嚴 重危害到人體健康。不僅對環境造成了嚴重的破壞，同時也造成了大量的資源浪費。
[0003] 在眾多處理硝酸氮廢水的研宄中，生物脫除法作為一種綠色高效的處理技術而越 來越被重視，生物處理技術具有對環境影響程度輕、無二次污染、工藝簡單、處理能力強、方 式靈活等優點，已成為近年來應用最廣的廢水脫氮技術，開發經濟高效的生物脫氮方法和 技術已成為水污染控制領域熱點之一。
[0004] 國內外學者在好氧反硝化領域進行了廣泛深入的研宄，證明好氧反硝化較之傳統 反硝化技術存在明顯優勢。好氧反硝化應用的主體是好氧反硝化菌群，近年來，不斷有好氧 反硝化菌被分離出來，存在于副球菌屬、假單胞菌屬、產堿菌屬、芽孢桿菌屬等50多個屬。 傳統上，處理含高氮廢水時，碳源不足一直是污水處理領域難題，需要消耗大量的外加有機 碳源以滿足反硝化過程，隨著對污水中氮磷的排放控制更加嚴格，碳源不足問題更加突出。 所以如何在高效處理含氮廢水的同時有效降低碳源成本和減少氧化亞氮N 2O的排放一直是 研宄熱點問題。結合以上分析，如果能利用電化學結合好氧反硝化的方法，使得好氧微生物 可以直接或者間接地與陰極進行電子轉移。這意味著不需要添加大量的有機碳源，在環境 治理中，不僅可以防止過量的有機物進入出水，也有可能使得生物固體產量減少。
[0005] 因此，篩選分離在具有高效的好氧反硝化細菌以及對其在外加電場催化的條件下 好氧反硝化的機理的研宄處理含氮廢水就能夠從一定程度上解決以上問題。
【發明內容】
[0006] 本發明之目的是提供一種可以在中溫條件下具有高效好氧反硝化性能的菌株及 其電化學好氧反硝化用途。
[0007] 本發明的目的通過以下技術方案實現：
[0008] 本發明具有高效好氧反硝化性能的菌株是銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa) CPl，該菌株具有以下特征：
[0009] (1)菌落特征：菌落扁平，淺褐色，表面光滑不透明，邊緣不整齊，桿狀，革蘭氏染 色陰性，能夠在厭氧條件下生長，屬于兼性菌；
[0010] (2)葡萄糖氧化發酵實驗顯示為非發酵型，接觸酶、氧化酶、明膠液化實驗、硝酸鹽 還原實驗、D-葡萄糖發酵實驗、果糖發酵實驗、膿青素實驗、精氨酸雙水解酶實驗、檸檬酸鹽 利用均呈陽性；硫化氫實驗、V-P鑒定、賴氨酸脫羧酶實驗、ONPG測定、淀粉水解實驗為陰 性，可進行反硝化作用，能以氨氮、硝態氮或亞硝態氮為氮源生長；
[0011] (3)采用北京百態克生物技術有限公司生產的細菌基因組DNA提取試劑盒對該細 菌的基因組DNA進行提取可得，該菌株CPl的16S rDNA基因序列特征：其16S rDNA具有 序列的片段長度為1387bp，將測得的序列用BLAST軟件在GenBank數據庫中與已知細菌的 16SrDNA序列進行比對，查找出與CPl相似性最高的已知菌株。采用NJ法在MEGA軟件中構 建系統發育樹，以確定菌株CPl的進化地位。
[0012] 以上實驗的結果表明，菌株CPl與Pseudomonas aeruginosa的同源性為99%， 其中與模式菌株Pseudomonas aeruginosa strain N002最相似，同源性達99%。應用 MEGA軟件通過Neighbor-Joining法計算進化距離繪制16S rDNA系統發育樹進行分析。 同時結合生理生化鑒定的結果，確定該菌株最有可能是Pseudomonas aeruginosa，命名為 Pseudomonas aeruginosa strain CPl〇
[0013] 所述銅綠假單胞菌CP1，適宜在溫度30~40°C環境中生長，特別地，在4°C不生長 而在41°C生長。
[0014] 所述銅綠假單胞菌用于含氮廢水的脫氮處理，也可以用于含NOx煙氣或廢氣的好 氧反硝化脫硝處理。
[0015] 所述脫氮和脫硝處理均是在外加電流的刺激下進行。
[0016] 所述電流強度為5~15mA。
[0017] 所述電流強度為10mA。
[0018] 所述脫氮和脫硝處理所用培養基中碳源為丁二酸鈉、檸檬酸鈉或葡萄糖。
[0019] 所述培養基的C/N比為4~6。
[0020] 所述脫氮和脫硝處理均在30~40°C溫度條件下進行。
[0021] 本發明涉及的銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa)CPl對氧氣的耐受性較 強，如今已掌握其部分生理生化特性。在研宄高濃度氧的環境下煙氣脫硝過程中，對該菌進 行好氧反硝化初步實驗已經表明，在30-40°C溫度、好氧條件下，該菌能有效去除培養液中 的硝酸鹽氮，反應過程中沒有檢測到亞硝酸鹽氮的積累，并且在前期的反硝化處理NOx過 程中顯示其反硝化最適宜的pH值為弱堿性，對0~11. 2mg/L溶解氧濃度不敏感。通過采 用高密度好氧反硝化菌培養方法，開發了利用外加電流提高生物量來強化好氧反硝化的處 理方法。對不同電流強度刺激下的好氧反硝化反應條件進行了 PB實驗以及響應面優化之 后，在外加電流為IOmA的條件下，生物量和反硝化率都達到了最大值。
[0022] 在存在外加電流的情況下，碳源的需求量明顯下降，C/N僅為4. 0即可實現完全反 硝化并且幾乎不存在亞硝酸鹽的積累。而PB試驗中初始氮源濃度、pH以及反應溫度并無 太大的顯著影響。因此，整個外加電場強化好氧反硝化的反應過程可以承受一定程度的反 應條件變化，確保了 CPl可以作為處理系統中的優勢菌種，即使出現處理負荷以及溫度波 動也能保持較高效的硝酸鹽脫除過程。最佳的電流強度為10mA，最佳C/N比為4~5。
[0023] 與現有技術相比，本發明具有如下優點：
[0024] 在不存在外加電流的情況下，該菌株最優培養條件為30~40°C、C/N多12。該菌 株特點為對O~11. 2mg/L濃度的氧不敏感，表明其在好氧條件下，仍然可以維持高效的硝 酸鹽降解過程。在IOmA的電流刺激下，該菌株可以C/N降為4~6的情況下在16小時內 對初始濃度為250mg/L的硝酸鹽氮（以N含量計）去除率達99. 01 %以上，并且幾乎不存在 亞硝酸鹽積累。表明該菌種在碳源較為不足的情況下，可以與外加電場協同高效地完成反 硝化作用。
[0025] 本發明所述銅綠假單胞菌（pseudomonas aeruginosa)CPl，由中國典型培養物保 藏中心保藏（簡稱CCTCC)，其保藏編號是CCTCC N0:M 2015197,保藏日期為2015年4月6 日，保藏地址為中國武漢大學。
【附圖說明】
[0026] 圖 1 為 Pseudomonas aeruginosa CPl 的系統發育樹圖；
[0027] 圖2為不同碳源下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能圖；
[0028] 圖3為不同溫度下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能圖；
[0029] 圖4為不同電流強度下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能圖；
[0030] 圖5為無電流刺激不同C/N比下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 圖；
[0031] 圖6為恒定電流下不同C/N比下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 圖；
[0032] 圖7為在不同進氣NO濃度下培養菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 圖；
[0033] 圖8為煙氣脫硝生物過濾裝置示意圖，煙氣1，氣體調節器2,控溫設備3,生物滴濾 塔4,微生物再生裝置5,泵6,排氣口 7。
【具體實施方式】