人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法及其应用，一方面提供了硝化菌群的富集方法和鉴定方案，另一方面提供了硝化菌群对高含氮废水的应用。该人工微生物多细胞菌群是从某污水处理厂圾渗滤液中分离，并经过七次富集培养得到。通过高通量测序鉴定水体菌群结构，得出优势菌属为拟杆菌门。在高浓度含氮条件下该人工微生物多细胞菌群可以快速适应并稳定生长，其在48h内硝态氮去除率达到93.88%。同时该人工微生物多细胞菌群对氨氮和亚硝氮均有很好的去除效果，这对于对开发高效脱氮生物菌剂并降低微生物脱氮的处理成本具有重要的实际意义。的处理成本具有重要的实际意义。的处理成本具有重要的实际意义。

【技术实现步骤摘要】
人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法及其应用


本专利技术属于环境微生物
，具体涉及人工多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法及其应用。

技术介绍

垃圾渗滤液中氮元素是主要的污染物之一，氮含量浓度一般在1500mg/L
‑
3000mg/L，且随着垃圾填埋场的填埋年限的增加不断积累。垃圾渗滤液水质复杂，如果垃圾渗滤液未经处理或处理不达标而排放，导致水体污染，最终对自然环境、人类的健康以及社会的可持续发展产生恶劣的影响。水体中氮素含量过高会导致水体污染，造成水体富营养化，使得藻类等生物大量繁殖，破坏水体的生态平衡。其中NO2‑
‑
N具有很强的细胞毒性，它能将红细胞内的亚铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，使其失去携带氧的能力，造成动物缺氧死亡。NO3‑
‑
N是一种常见的氮氧化合物，在自然环境中普遍以中等浓度存在。由于硝酸盐本身具有非常高的溶解度，所以它是植物体中氮素利用最为常见的形式，但当地表水体和地下水体中硝酸盐浓度过高时，则会导致婴儿和动物的多种健康问题以及水体富营养化等环境问题。因此，氮的去除成为污水处理的关键。目前移除氮素主要有物理法、化学法和生物法。通过物理化学方法处理操作繁琐且成本较高，易造成二次污染，而生物法脱氮技术因其经济、有效、易操作、无二次污染等特点被广泛应用。其中微生物污水处理工艺前段生化处理部分采用高效脱氮菌群替代传统活性污泥，总氮除去率高，污泥沉降性好，出水澄清度高，没有污泥膨胀上浮等异常现象出现，解决了垃圾渗滤液处理中污泥膨胀、泥水分离困难、水温波动以及碳氮比失衡影响处理效率、低温、高氨氮高浓度等问题。后端深度处理部分利用Fenton高级氧化法和BAF曝气生物滤池的组合工艺，对有机污染物进行氧化、生物絮凝、过滤，使污水中氮系、碳系污染物充分分解，完成水质的净化过程。微生物污水处理技术是一种操作简单、效果稳定、实用性极强的城市污水处理工艺。全工艺流程中没有涉及膜处理工艺，物浓缩液的产生，有效解决了现在的处理难题。硝化作用是硝化细菌氨氮氧化为硝酸盐的过程。它包括两个连续的阶段：首先，氨氮经亚硝酸细菌作用氧化为亚硝酸盐；亚硝酸盐又经硝酸细菌作用氧化为硝酸盐。亚硝酸细菌与硝酸细菌合称为硝化细菌，是一类具有硝化作用的化能自养细菌。但是，由于硝化细菌生长缓慢，且伴生的异养细菌生长迅速，稳定性差，所以在一些污水处理体系中，硝化细菌的含量较低。因为硝化细菌的含量与硝化速度成正比关系，较低的硝化细菌含量不利于硝化反应的进行，进而影响生物脱氮的效果，因此富集培养硝化细菌并鉴定显得尤为重要，旨在提高硝化细菌的产率，在污水处理和环境保护等方面十分必要。

技术实现思路

本专利技术要解决的问题是提供污水处理系统中同步硝化反硝化脱氮菌群的构建及其应用。人工微生物多细胞体系基于细胞间通信、代谢分工、能量与物质转移和电子传递耦合构建的合成微生物体系，其功能更为明确，结构更为稳定，与单一微生物相比，人工微生物多细胞体系通过细胞间沟通、交流等相互作用，具有更高的稳定性，对外界环境扰动具有更强的适应性和鲁棒性，能够克服传统活性污泥污水脱氮菌群结构复杂，稳定性差等问题。本专利技术通过挖掘污水处理系统的天然菌群，通过富集培养和适应性驯化等策略，获得了具有高效脱氮，尤其是异养反硝化的人工多细胞脱氮菌群。具体技术方案如下：一种人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法，包括如下步骤：步骤1、制备硝化细菌培养基、反硝化细菌培养基和硝化细菌富集液体培养基；步骤2、污水样的采集；步骤3、硝化细菌的富集培养；步骤4、将富集培养液接种至硝化细菌培养基、反硝化细菌培养基中培养，测定NH
4+
、NO2‑
、NO3‑
浓度；步骤5、处理过程中水体菌群结构的分析；步骤6、硝化细菌硝化能力检测。进一步的，所述硝化细菌富集液体培养基成分如下：每1000mL中含KNO
2 2.00g，K2HPO
4 1.00g，MgSO4·
7H2O 0.50g，CaCO
3 5.00g，FeSO4·
7H2O 0.40g，NaCl 2.00g。进一步的，所述硝化细菌培养基配方为：每1000m L中含硫酸铵((NH4)2SO4)2.36g，丁二酸钠(C4H4Na2O4)16.88g，七水合硫酸镁(MgSO4·
7H2O)0.2g，磷酸二氢钾(KH2PO4)1.5g，磷酸氢二钾(K2HPO4·
3H2O)6.5g，微量元素溶液20mL。进一步的，所述反硝化细菌培养基将所述硝化细菌培养基中的硫酸铵((NH4)2SO4)2.36g替换为硝酸钾(NaNO3)3.035g或亚硝酸钠(NaNO2)2.46g，其余保持不变。进一步的，所述微量元素溶液每1000m L含有：EDTA 50g，七水硫酸锌(ZnSO4·
7H2O)3.92g，氯化钙(CaCl2)5.5g，四水氯化锰(MnCl2·
4H2O)5.1g，七水硫酸亚铁(FeSO4·
7H2O)5.0g，四水钼酸铵((NH4)6Mo7O
24
·
4H2O)1.1g，五水硫酸铜(CuSO4·
5H2O)1.6g，六水氯化钴(CoCl2·
6H2O)1.6g。进一步的，步骤3具体如下：取污水样2mL，投加于装有100mL硝化细菌富集液体培养基的500mL摇瓶，混匀；置于恒温振荡培养器30℃，160rpm培养；每天取2mL培养后的硝化细菌富集液体培养基检测NO2‑
的减少、NO3‑
的生成；当检出NO2‑
含量几乎为零时，取2mL硝化细菌富集液体培养液接种到新鲜的硝化细菌富集液体培养基中，继续培养并检测NO2‑
、NO3‑
；共经7次重复富集培养。进一步的，步骤4中所述分析步骤包括：DNA抽提、PCR扩增、荧光定量、Miseq文库构建、Miseq测序。上述人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法在培养的菌群在高含氮污水脱氮处理中的应用。采用本专利技术的方法能有效对硝化细菌进行富集，大大提高了硝化细菌的含量，得到的菌群NO3‑
去除率高这对开发高效脱氮生物菌剂并降低微生物脱氮的处理成本具有重要
的实际意义。
附图说明
图1为本专利技术硝化细菌的亚硝氮降解能力的示意图；图2为本专利技术硝化细菌的硝氮生长能力的示意图；图3为本专利技术中硝化细菌群在门水平上的柱状图；图4为本专利技术中硝化细菌群在属水平上的柱状图；图5为本专利技术中硝化细菌群的稀释曲线；图6为本专利技术中硝化细菌群对氨氮的降解示意图；图7为本专利技术中硝化细菌群对硝氮的降解示意图；图8为本专利技术中硝化细菌群对亚硝氮的降解示意图；图9为本专利技术中硝化细菌群在高含氮污水中的应用；图10为本专利技术中未接种硝化细菌在高含氮污水中的应用；图11为本专利技术中硝化细菌群在实际生活污水中的应用。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例中如无特殊说明，均为常规方法，使用试剂如无特殊说明，均为常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法，包括如下步骤：步骤1、制备硝化细菌培养基、反硝化细菌培养基和硝化细菌富集液体培养基；步骤2、污水样的采集；步骤3、硝化细菌的富集培养；步骤4、将富集培养液接种至硝化细菌培养基、反硝化细菌培养基中培养，测定NH
4+
、NO2‑
、NO3‑
浓度；步骤5、处理过程中水体菌群结构的分析；步骤6、硝化细菌硝化能力检测。2.根据权利要求1所述的人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法，其特征在于：所述硝化细菌富集液体培养基成分如下：每1000mL中含 KNO
2 2.00g，K2HPO
4 1.00g，MgSO4·
7H2O 0.50g ，CaCO
3 5.00g，FeSO4·
7H2O 0.40g，NaCl 2.00g。3.根据权利要求1所述的人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法，其特征在于：所述硝化细菌培养基配方为：每1000m L中含硫酸铵（(NH4)2SO4）2.36g，丁二酸钠（C4H4Na2O4）16.88g，七水合硫酸镁（MgSO4·
7H2O）0.2g，磷酸二氢钾（KH2PO4）1.5g，磷酸氢二钾（K2HPO4·
3H2O）6.5g，微量元素溶液20mL。4.根据权利要求3所述的人工微生物多细胞同步硝化反硝化脱氮菌群的构建方法，其特征在于：所述反硝化细菌培养基将所述硝化细菌培养基中的硫酸铵（(NH4)2SO4）2.36g替换为硝酸钾（NaNO3）3.035g或亚硝酸钠（NaNO2）2.46g，其余保持不变。...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯霞，薛亚平，余欢，郑裕国，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：