本发明专利技术涉及一株高盐兼具异养硝化-好氧反硝化与除磷功能的高地芽孢杆菌（Bacillus?alitudinis）及其在废水处理中的应用。该菌株对高盐环境耐受能力强，在高盐条件生长良好，并且可以利用有机碳为唯一碳源，氨氮为唯一氮源进行新陈代谢，通过异养硝化-好氧反硝化作用把氨氮直接转为气体产物，达到脱氮的目的；该菌株也能以硝酸盐氮为唯一氮源，通过好氧反硝化作用将硝酸盐氮转化为气体产物；还能在好氧条件下将无机磷摄入体内转化为自身组分进而实现去除污水中磷元素的目的。将该菌株应用于高盐废水的处理，可实现单一好氧条件下氮磷的同步去除，为高盐条件下生物脱氮除磷难题的解决提供了一条新的途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一株高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)及其在高盐废水处理中的应用。该菌株具有异养硝化-好氧反硝化的功能，可以在高盐条件下实现同步硝化反硝化脱氮的过程，同时完成污水中含磷污染物的去除。
技术介绍
我国目前各类水体富营养化污染日益严重，蓝藻赤潮问题频发，对水体安全和人体健康造成了巨大的损害。氮、磷等营养物质过剩是引发水体富营养化的根本原因，当水体中N浓度>0. 2mg/l，P浓度>0. 02mg/l时就存在发生富营养化的可能性。生活污水是氮、磷等营养物质的最大排放源，因此生活污水脱氮除磷新工艺的开发一直受到关注。 生物脱氮技术是目前应用最广的污水脱氮技术。生物脱氮的基本原理是在微生物的作用下将污水中的有机氮和氨态氮转化为N2的过程,包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是由一群自养好氧微生物完成，具体分两个阶段分别由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌完成。第一步是由亚硝酸菌将NH4+氧化为NO”第二步是由硝酸菌将NO2-进一步氧化为N03_。反硝化反应是由一群异养型兼性厌氧微生物完成的，是指在无氧或低氧条件下，反硝化细菌将N02_和N03_还原为氮气的过程。可以看出，生物脱氮过程本身就存在着矛盾硝化反应需要较长的污泥龄和好氧条件，大量有机物存在时会造成硝化细菌的流失；而反硝化细菌则需要较短的污泥龄和缺氧条件，高度依赖有机物为其脱氮过程提供电子供体。因硝化细菌和反硝化细菌生理机制的差异导致了基于该理论的污水脱氮技术工艺冗长、能耗大、占地面积大，且对环境变化非常敏感，脱氮效率不佳。污水除磷的方法有化学除磷、生物除磷以及生化除磷等。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，最终通过固液分离的方法将磷从污水中去除，有石灰沉淀法及金属盐沉淀法。化学除磷操作简单、除磷效果好、抗冲击负荷能力强；但是需要投加大量的化学药剂，处理费用较高，并且会产生二次污染。生物除磷工艺是目前较为经济的除磷方法，其基本原理是聚磷菌(Poly-phosphate-Accumulatuing Organisms,PAOs)的吸/释磷过程在厌氧条件下，PAOs分解细胞聚磷酸盐的同时产生ATP，并利用ATP将环境中的挥发性脂肪酸等小分子有机物摄入胞内，将其以PHB (聚-P羟基丁酸盐)及糖原等有机颗粒的形式存在于细胞内，同时将聚磷酸盐水解生成的正磷酸盐(PO/—)排出细胞外；在好氧条件下，PAOs以氧气为电子受体，利用PHB代谢释放的能量，从污水中吸收超过其生长所需要的磷并以聚磷酸盐的形式贮存在细胞体内。通过排泥的方式将被细菌过量摄取的磷随剩余污泥排出系统即可实现除磷的目的。生物脱氮除磷发生机制的差异导致了这两个过程本身就是一个矛盾统一体，产生矛盾的根本原因是不同功能的微生物所需要的最佳生长条件不同。硝化需要长泥龄的硝化细菌和好氧条件，反硝化需要短泥龄的反硝化菌和缺氧条件，释磷需要短泥龄的聚磷菌和厌氧条件，而吸磷则需要好氧条件。此外，反硝化菌和聚磷菌之间还存在着因生活污水中碳源不足而产生的竞争关系。生物脱氮除磷工艺的发展也主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷的矛盾展开的。因这些固有矛盾的存在，造成了我国多数污水处理厂运行费用高、脱氮除磷效果不稳定、达标率较低，开发节能高效的城镇污水处理工艺已迫在眉睫。近年来，生物脱氮除磷在技术与理论方面也有了新的进展和突破。在生物脱氮技术上，开发出了 SHARON、CANON、OLAND和ANNAM0X等新型脱氮工艺，这些工艺在某种程度上解决了脱氮过程对碳源的依赖，但仍未摆脱好氧厌氧结合的两段式生物脱氮的限制。在生物除磷理论上，发现了特殊的反硝化聚磷菌(DPB)，其基本原理为在厌氧阶段，DPB充分利用环境中的挥发性脂肪酸等小分子有机物进行大量繁殖，同时水解细胞内的聚磷酸盐将产生的无机磷酸盐排出细胞外，并利用此过程产生的ATP合成PHB贮存体内；在缺氧阶段，DPB以硝酸盐氮作为氧化PHB的电子受体，降解PHB所产生的能量一部分用于维持生命活动，一部分则用于过量摄取水中无机磷酸盐并以聚合磷酸盐的形式储存于细胞体内，同时将硝酸盐氮还原为氮气。相比传统除磷理论，反硝化除磷过程能够节省一定的COD与曝气量，进而 减少了污泥产量。然而，无论是PAOs理论还是DPB理论，都需要好氧/缺氧/厌氧交替的环境来提供微生物的生长条件。随着海水直接利用以及高含盐工业废水的大量排放，高盐废水中的高浓度有机物或营养物，如C0D、N、P等，对水体环境造成巨大压力，加速了江河湖泊的富营养化进程。除此之外，高盐废水渗入土壤系统中，造成土壤生物、植物因脱水而死亡，进而造成土壤生态系统的瓦解。高盐度对常规生物处理系统中微生物的的正常代谢会产生不利的影响，主要包括渗透压偏高，微生物细胞质壁分离，使生长受到阻碍甚至死亡；微生物代谢酶活性受阻；水体密度增加，影响污泥沉降效果等。因此，在高盐度条件下实现废水的同步脱氮除磷成为这一领域的研究热点和难点。近些年来，有研究者通过选择培养驯化出耐高盐的菌种，以及从自然界高盐环境中分离出耐盐菌和嗜盐菌，将其应用于高盐废水处理，取得了一定的处理效果。然而，国内外对高盐废水的报导大多数关注点在于有机物去除的研究，目前还没有对高盐条件下同时具有脱氮除磷能力菌种的报道。本专利技术分离出一株高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis),发现其具有耐高盐兼具异养硝化-好氧反硝化的能力；进一步发现这种细菌在单一好氧条件下兼有同步除磷的能力。利用这类具有特殊性质的细菌的生理特性和代谢机理，基于硝化过程可以是异养细菌的生理行为，而反硝化和除磷过程可以在好氧条件下进行，使得可以在高盐条件的同一好氧环境下完成脱氮除磷，能够较好的克服上述提到的传统生物处理中存在的矛盾问题，由此完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种高盐兼具异养硝化-好氧反硝化和好氧摄磷能力的菌株及其在废水处理中的应用。本专利技术提供的高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)菌株已于2012年3月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCCNo. 5948。本专利技术所提供的菌株，具有以下表型特征在25_35°C下，营养琼脂培养基上培养16-32h后，通过革兰氏染色后在显微镜下呈阳性，菌体呈杆状，有芽孢无荚膜，边缘粗糙，乳白色，大小为(0. 6-1. 2) umX (I. 5-6.0) Um0该菌株的16S rRNA基因序列特征其16S rRNA具有如序列表中序列I所示的核苷酸序列，序列长度为1428bp。根据其形态特征和生理生化特征及其16S rRNA基因序列在Genbank中的检索结果，鉴定该菌株为高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)。根据该菌株耐盐性能实验结果，高地芽抱杆菌(Bacillus altitudinis)耐盐范围(以NaCl计)为1_13%。本专利技术所提供的高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)能够在高盐条件下，以有机物为电子受体，NH4+为电子供体，将NH4+氧化为NO2-或NO3-;能够在好氧的条件下，以有机物为电子供体，N02_或N03_为电子受体，将其还原为氮气；还本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No. 5948。2.根据权利要求I所述的高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis,其特征在于该高地芽孢杆菌菌株的16S rRNA基因序列长度为1428bp，如序列表中序列I所示。3.根据权利要求I或2所述的高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis,其特征在于在30-40°C下,营养琼脂培养基上培养16-32h后，菌落表面光滑,无色素；通过革兰氏染色后在显微镜下呈阳性，菌体呈杆状，有芽孢无荚膜，边缘粗糙，乳白色，大小为(0. 6-1. 2)umX(I. 5-6. 0) u nio4.根据权利要求1-3之一所述的高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis,其特征在于能够以有机物为电子受体，NH4+为电子供体，将NH4+氧化为NO2-或NO3-;能够在好氧的条件下，以有机物为电子供体，N02_或N03_为电子受体，将其还原为氮气；还能够在好氧条件下，将无机磷摄入体内转化为自身组...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪晋仁，邓若男，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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