一种具有产电特性和反硝化活性的芽孢杆菌及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有产电特性和反硝化活性的芽孢杆菌及其应用，属于微生物技术和电池技术领域。本发明专利技术的芽孢杆菌命名为Bacillus sp.EM‑1，已于2017年6月26日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2017372。本发明专利技术的芽孢杆菌(Bacillus sp.)EM‑1是一株具有高效的产电特性和反硝化活性的产电菌，该菌株为兼性厌氧菌，并且能利用多种碳源进行产电，不仅扩大了产电微生物的范围，改善厌氧实验条件和底物广谱性，同时高效去除废水中的硝态氮污染。

A Bacillus with electricity generation characteristics and denitrification activity and its application

The invention relates to a Bacillus having electricity generation characteristics and denitrification activity and its application, belonging to the field of microbial technology and battery technology. The Bacillus spore was named Bacillus sp.EM 1. It was preserved in China's typical culture preservation center in June 26, 2017, and the preservation was numbered as CCTCC NO:M 2017372. Bacillus subtilis (Bacillus sp.) EM 1 is an electric producing bacteria with high efficiency and denitrification activity. The strain is a facultative anaerobes and can produce electricity using a variety of carbon sources. It not only expands the range of electric producing microbes, improves the broad-spectrum of anaerobic laboratory strips and substrates, and efficiently removes waste water. Nitrate pollution in the nitrate nitrogen.

【技术实现步骤摘要】
一种具有产电特性和反硝化活性的芽孢杆菌及其应用
本专利技术属于微生物技术和电池
，具体涉及一种具有产电特性和反硝化活性的芽孢杆菌及其应用。
技术介绍
随着全球气候变暖和化石燃料耗竭等问题的日益严峻，绿色环保和可再生能源的研究受到越来越多的关注和重视。微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)作为近年来发展起来的、新一代、绿色无污染、非石油类的可再生能源的产电装置，逐渐成为新兴能源领域的研究热点。MFC将微生物技术和电池技术相结合，利用微生物作为生物催化剂将有机物中的化学能直接转化为电能，具有发电与废弃物处理双重功效。与其他燃料电池相比，MFC的功率密度相对较低，暂时还难以替代其他能源以满足人类对能源的需求。因此，MFC技术越来越多的被研究者们应用于污水处理领域，即解决了传统污水处理能耗高和污泥产量大的缺点，又可有效的回收污水中大量有机物潜在的化学能。此外根据国家规定的《污水综合排放标准》中指出污水排放一级标准中两个关键指标分别为COD浓度不超过50mg/L和总氮浓度不超过20mg/L。在传统生物法处理污水过程中，硝态氮的高效去除和达标排放一直是污水处理的一个重要难题。因此，MFC技术实现同步能量回收和碳氮污染物的去除成为亟待解决的问题。对于MFC而言，阳极产电微生物作为有机物降解的催化剂对MFC产电效率和能量回收的影响起着关键的作用。因此挖掘更多具有这种功能的微生物对于丰富产电微生物的多样性，提高产电效率具有重要意义。通过筛选具有高产电活性和反硝化活性的产电微生物，将其应用于MFC中即可达到同步去除有机物和硝态氮的目的，减少后续对氮源污染的二次处理。芽孢杆菌是传统生物反应器中存在的一类重要的反硝化细菌。目前，该菌属中已有多个种如嗜热芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和类芽孢杆菌等均具有反硝化功能，是反硝化细菌中的一个重要菌属。此外，研究者筛选得到一株具有产电性能的枯草芽孢杆菌MMR-1，证实该菌属具有产电特性。但是，关于该菌属在MFC领域中的同步产电特性和反硝化活性的研究在国内外尚未发现相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种具有产电特性和反硝化活性的芽孢杆菌及其应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种芽孢杆菌，该芽孢杆菌命名为Bacillussp.EM-1(以下简称菌株EM-1)，已于2017年6月26日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国.武汉.武汉大学，邮编：430072，其简称为CCTCC，保藏中心登记入册编号为CCTCCNO：M2017372。本专利技术的菌株EM-1为兼性厌氧菌、杆状、革兰氏阳性。在胰蛋白胨大豆肉汤培养基上培养48h，形成菌落表面粗糙、边缘不规则、不透明、有褶皱突起的乳白色菌落。本专利技术的芽孢杆菌的显著特征为具有高产电活性，能将代谢有机物产生的电子传递给MFC的阳极，实现有机物的降解并产生电能。当以乙酸钠为芽孢杆菌的电子供体时，MFC最大功率密度高达684.0mW/m2。该菌株的另一个显著特征为具有同步电催化活性和硝酸盐还原活性(反硝化活性)，当阳极液以乙酸钠(COD＝700mg/L)为芽孢杆菌的电子供体，硝态氮浓度分别为20mg/、50mg/、100mg/和200mg/L时，MFC仍具有高产电活性和反硝化速率。第二方面，本专利技术提供了上述芽孢杆菌在反硝化和/或催化有机物降解/分解中的应用。本专利技术的芽孢杆菌可利用多种碳源尤其是大分子有机物进行产电，其在处理实际废水中有巨大的应用潜力；且该芽孢杆菌能通过反硝化反应还原硝态氮为无害的氮气，对含氮废水的处理具有潜在的应用价值。作为本专利技术所述芽孢杆菌在反硝化和/或催化有机物降解/分解中的应用的优选实施方式，所述芽孢杆菌用于废水/污水处理中。第三方面，本专利技术提供了上述芽孢杆菌在用于微生物燃料电池进行产电和/或反硝化中的应用。在微生物燃料电池中，本专利技术的芽孢杆菌用作产电微生物。作为本专利技术所述芽孢杆菌在用于微生物燃料电池进行产电和/或反硝化中的应用的优选实施方式，所述芽孢杆菌的电子供体为有机物。作为本专利技术上述应用的优选实施方式，所述有机物为甲酸、乙酸钠、乳酸、丁酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的至少一种。第四方面，本专利技术提供了一种微生物燃料电池，所述微生物燃料电池含有上述的芽孢杆菌。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述微生物燃料电池还含有芽孢杆菌的电子供体，所述芽孢杆菌的电子供体为有机物；更优选地，所述有机物为甲酸、乙酸钠、乳酸、丁酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的至少一种。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述微生物燃料电池包括阳极室、阴极室和用于连接阳极室与阴极室的外电路；所述阳极室包括阳极、阳极液和吸附于阳极表面的所述芽孢杆菌，所述阳极液含有所述有机物和无机盐培养基。作为本专利技术所述微生物燃料电池的更优选实施方式，所述阳极液还含有硝态氮。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述无机盐培养基含有下述浓度的组分：硝酸钾0.144～1.44g/L，二水合磷酸二氢钠0.8～8.1g/L，十二水合磷酸氢二钠2.1～22g/L，Wolfes矿物溶液10mL/L，所述无机盐培养基由HCl/NaOH溶液调节其pH值至7；其中，Wolfes矿物溶液含有下述浓度的组分：氨基乙酸1.5g/L，MgSO4·7H2O3g/L，MnSO4·2H2O0.5g/L,NaCl1.0g/L,FeSO4·7H2O0.1g/L,CoCl20.1g/L,CaCl20.1g/L,ZnSO40.1g/L,CuSO4·5H2O0.01g/L,AlK(SO4)20.01g/L,H3BO30.01g/L,Na2MoO4·2H2O0.01g/L,所述Wolfes矿物溶液由KOH调节至其pH值为7。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述微生物燃料电池的培养温度为30℃。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述阳极为碳毡。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述阴极室包括阴极和阴极液；优选地，所述阴极为Pt/C催化的空气阴极，所述阴极液0.1mol/L的磷酸缓冲液。作为本专利技术所述微生物燃料电池的优选实施方式，所述阳极室和阴极室由阳离子交换膜分隔开。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术首次发现了芽孢杆菌(Bacillussp.)EM-1，其是一株具有高效的产电特性和反硝化活性的产电菌，该菌株为兼性厌氧菌，并且能利用多种碳源进行产电，不仅扩大了产电微生物的范围，改善厌氧实验条件和底物广谱性，同时高效去除废水中的硝态氮污染。本专利技术应用于MFC实现了其处理含氮废水时同步能源回收和氮污染去除的功能，为MFC在实际废水的工程应用奠定了基础。附图说明图1为本专利技术菌株EM-1在平板上培养的菌落形态图；图2为本专利技术菌株EM-1在MFC阳极表面附着的电镜图；图3为本专利技术菌株EM-1在MFC阳极表面附着的电镜图(放大图)；图4为本专利技术菌株EM-1在MFC中的电压输出结果图；图5为本专利技术菌株EM-1在MFC中的极化曲线和功率密度曲线图；图6为本专利技术菌株EM-1在MFC中对硝态氮的还原能力结果图；图7为本专利技术菌株EM-1在MFC中对不同电子供体的能量回收结果图。具体实施方式为更好地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芽孢杆菌，其特征在于，该菌株为芽孢杆菌(Bacillus sp.)EM‑1，保藏编号为CCTCC NO：M 2017372。

【技术特征摘要】
1.一种芽孢杆菌，其特征在于，该菌株为芽孢杆菌(Bacillussp.)EM-1，保藏编号为CCTCCNO：M2017372。2.权利要求1所述芽孢杆菌在反硝化和/或催化有机物降解/分解中的应用。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述芽孢杆菌用于废水/污水处理中。4.权利要求1所述芽孢杆菌在用于微生物燃料电池进行产电和/或反硝化中的应用。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述芽孢杆菌的电子供体为有机物。6.如权利要求2、3或5所述的应用，其特征在于，所述有机物为甲酸、乙酸钠、乳酸、丁酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的至少一种。7.一种微生物燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿，金小君，王川，
申请(专利权)人：广州大学，中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44