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CN112375719A - 迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用 - Google Patents

迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用 Download PDF

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CN112375719A CN202011482772.5A CN202011482772A CN112375719A CN 112375719 A CN112375719 A CN 112375719A CN 202011482772 A CN202011482772 A CN 202011482772A CN 112375719 A CN112375719 A CN 112375719A
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Abstract

本发明提供了迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用。所述迟缓芽孢杆菌为保藏编号为CGMCC No.18392的迟缓芽孢杆菌GBW‑HB1902,该菌具有很好的铬离子耐受性,能够耐受0‑500 mg/L浓度的铬离子,将其发酵培养制成发酵液后,可以直接加入向含铬废水中,只需厌氧放置3‑5天就能够高效的脱除含铬废水中的总氮,且总氮去除率达到85%以上。迟缓芽孢杆菌GBW‑HB1902在脱除含铬废水中总氮时,使用简单,效率高,具有广阔的应用前景。

Description

迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂 中的应用
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体涉及迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用。
背景技术
随着中国工业化进程的不断进行,自然水体受到的污染日益加剧。水体中的氮元素主要以有机氮、铵态氮和硝态氮组成,总氮是污水排放的一个重要指标。
水体中总氮超标会产生的危害主要有:(1)水体富营养化,水体中的氮素积累,导致水体中藻类及其他浮游生物迅速增殖后死亡,消耗水体中的溶解氧,会造成水体中的其他动物生物的大量死亡,导致水体质量下降;(2)对生物体毒害作用,亚硝酸盐通过鱼鳃进入鱼类血液后,会氧化鱼类血红蛋白,使血红蛋白中的Fe2+被氧化为Fe3+,由血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,从而失去运输氧的能力,造成鱼类死亡;(3)影响饮用水安全,水体中的亚硝酸盐会进入地下水系中,造成地下水亚硝酸盐超标,亚硝酸盐进入人体后,在胃酸环境下与食物中的成分发生反应,生成强致癌物N-亚硝胺,大大升高人体患癌风险。因此,脱除水体中的总氮对于环境保护至关重要。
虽然生物处理法现在已被应用于废水的处理中,但电镀厂电镀废水中不仅总氮超标,而且铬离子含量高,因此常规用来去除总氮的菌株或菌剂难以发挥作用。
发明内容
本发明提供了迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用。所述的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902具有很好的耐铬性,并能够在含铬废水中高效脱除总氮。
为实现上述发明目的,本发明通过下述技术方案予以实现:
本发明提供了迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌为保藏编号为CGMCC No.18392的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902具有很好的铬离子耐受性。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902能够耐受的铬离子浓度为0-500 mg/L。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在铬离子浓度为200 mg/L的水中,能够保持80%的活性。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的应用方法为:经发酵培养获得发酵液,然后直接将所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液加入向含铬废水中,厌氧放置3-5天即可。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液的加入量为含铬废水体积的1-3‰。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液的制备步骤如下:
(1)菌株活化:将所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902于LB平板培养基上进行三区划线,22℃培养24h至长出单菌落;
(2)种子培养:挑取上述单菌落接种至种子培养基中,22℃培养24h得到迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902种子液;
(3)发酵培养:以3%的接种量将上述种子液接入发酵培养基中在发酵罐中发酵培养,得到迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的发酵培养条件为:罐压0.1-0.2 MPa,温度30℃,溶氧≥30%,搅拌速度为180-200rpm,发酵18-20 h。
进一步的,所述的种子培养基配方为:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,氯化钠5 g,(NH4)2SO4 2 g/L、FeSO4•7H2O 0.03 g/L、MgSO4•7H2O 0.05 g/L、水1 L、pH 7.2-7.5。
进一步的,所述的发酵培养基配方为:葡萄糖100 g/L、玉米浆干粉20 g/L、NaCl 5g/L、(NH4)2SO4 2 g/L、KH2PO4 0.15 g/L、FeSO4•7H2O 0.03 g/L、Na2HPO4 4 g/L、MgSO4•7H2O0.05 g/L、余量为水,液体培养基的pH为6.5-7.5。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在应用时,经发酵培养获得发酵液后与吸附剂或载体制备成微生物菌剂,然后将所述微生物菌剂加入向含铬废水中厌氧放置3-5天。
进一步的,所述微生物菌剂为液体、粉剂、颗粒型。
进一步的,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的总氮去除率为85%以上。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和技术效果:
本发明在去除含铬废水中总氮时使用的是迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902,该菌分离自高盐水体环境,因此具有耐广盐性,且在体外培养繁殖快,在12-14 h就能达到对数末期。所述的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902对铬离子具有很好的耐受性,能够耐受0-500 mg/L浓度的铬离子,且在浓度200 mg/L的含铬废水中仍能保持80%的活性,因此该菌在含铬量较高的水中仍能存活、保持活性并快速繁殖。所述的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902还具有很好的脱除含铬废水中总氮的能力,能够有效降低含铬废水中的总氮含量,将该菌经发酵培养制成发酵液后,可以直接加入到含铬废水中去除总氮,也可以脱水制成冻干粉,或者是与其他吸附剂、载体等制成微生物菌剂以用来去除含铬废水中的总氮,进而能够快速高效地解决含铬废水总氮超标问题,有利于含铬废水的处理和回收,并且迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在脱除含铬废水中总氮时,使用简单,效率高,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在LB平板上的菌落形态特征。
图2为所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的生长曲线。
图3为所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902对铬的耐受结果。
图4为经所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902处理的不同浓度含铬废水中总氮的变化结果。
图5为经所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902处理的某电镀厂含铬废水中总氮变化结果。
具体实施方式
结合以下具体实例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。下述实施例中,如无特殊说明,所使用的实验方法均为常规方法,所用材料、试剂等均可从生物或化学试剂公司购买。
实施例1:迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的筛选、分离与鉴定
取垃圾渗滤液、海水、盐碱地土样各2g,加入50mL的PBS缓冲溶液中,振荡5min,使样品充分混匀,1000 rpm离心5min,收集样品上清液,备用。取10mL上述样品上清液,分别加入到装有200mL高盐度氨态氮降解菌富集筛选液体培养基(葡萄糖5g,(NH4)2SO4 1g,Na2CO3 1g,K2HPO4 0.5g,MgSO4·7H2O 0.03g,FeSO4·7H2O 0.4g,NaCl 30g,pH 7.5-8,蒸馏水1L)的锥形瓶中,28℃,150rpm恒温摇床培养3d,富集3次。取培养的菌悬液梯度稀释后取100μL涂布于高盐度氨态氮降解菌富集筛选固体培养基(葡萄糖5g,(NH4)2SO4 0.5g,Na2CO3 1g,K2HPO4 0.5g,MgSO4·7H2O 0.03g,FeSO4·7H2O 0.4g,NaCl 30g,琼脂粉12g,pH 7.5~8,蒸馏水1L)上,置于28℃培养箱培养。在48h之后,挑取不同形态单菌落在LB固体培养基上划线培养,重复分离纯化3次,最后得到单菌落,将该单菌落命名为GBW-HB1902。
菌株GBW-HB1902在LB平板上的菌落如图1所示,菌落为圆形,淡黄色,直径1-2μm,表面光滑湿润有光泽,中间略凸起,不透明,边缘整齐,无晕环。
以所述的菌株GBW-HB1902的DNA为模板,使用16S rRNA通用引物进行扩增,扩增片段进行序列测定,将得到的菌株GBW-HB1902的16S rDNA测序结果与GenBank中的序列进行比对分析,结果显示,菌株GBW-HB1902与Bacillus lentus同源性最高,因此确定该菌株GBW-HB1902为迟缓芽孢杆菌。
将筛选到的菌株GBW-HB1902进行菌种保藏,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC);地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所;保藏日期:2019年08月16日;迟缓芽孢杆菌Bacillus lentus的保藏编号为CGMCC No.18392。
将斜面培养的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902接种至改良NB培养基(牛肉膏5g,蛋白胨10g,氯化钠5g,(NH4)2SO4 2g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、MgSO4·7H2O 0.05g/L、水1L、pH 7.2~7.5)中,在pH 7.2-7.5,28-32℃下恒温摇床培养24 h,制得GBW-HB1902菌液,其中每1.0h取样一次,在OD600 nm下测定吸光值,绘制生长曲线图。如图2所示,实验结果表明,GBW-HB1902在培养的前3h为生长迟缓期,随后进入对数生长期,待培养至12-14 h时进入对数生长末期,菌数达到3×1010 cfu/mL,14-20h为生长稳定期,接着进入衰亡期,从而完成整个生长周期。
经生理生化特征检测,迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在15~40℃温度范围都能正常生长,最适生长温度为28~32℃;在pH值6~9的范围内均能生长,最适生长pH值为7.2~8.5,在溶氧含量1~5mg/L范围内都能正常生长,最适生长溶解氧浓度在2~4mg/L。另外,GBW-HB1902具有广盐性,在20~40‰盐度范围内均能生长良好。
实施例2:迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902对铬的耐受
配制LB液体培养基:胰蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、氯化钠10 g/L。在配制好的LB液体培养基中分别添加重铬酸钾晶体,使得培养基中铬离子的浓度分别为0、10、50、100、200、500 mg/L。向培养基中以1%接种量接种迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902菌液,置于摇床中,20℃、200 rmp培养1 d,进行稀释涂布计数,查看菌体生长情况。
结果如图3所示,迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902可以在0-200 mg/L的含铬培养基中正常生长;且在200 mg/L的含铬培养基中,迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的菌体量为不含铬培养基的80%,由此说明迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902对铬具有很好的耐受性。
实施例3:迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902对含铬培养液中总氮的影响
1、将迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902于LB平板培养基上进行三区划线,22℃培养24 h至长出单菌落;挑取单菌落接种至种子培养基(牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,氯化钠5 g,(NH4)2SO4 2g/L、FeSO4·7H2O 0.03 g/L、MgSO4·7H2O 0.05 g/L、水1 L、pH 7.2-7.5)中,22℃培养24h,得到种子液;再以3%的接种量将种子液接入发酵培养基(葡萄糖100 g/L、玉米浆干粉20g/L、NaCl 5 g/L、(NH4)2SO4 2 g/L、KH2PO4 0.15 g/L、FeSO4·7H2O 0.03 g/L、Na2HPO4 4 g/L、MgSO4·7H2O 0.05 g/L、用水补至1L,pH为6.5-7.5)中,在罐压为0.1 MPa,温度30℃,溶氧≥30%,搅拌速度为200rpm的条件下,发酵18 h,得到迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液。
在配制好的培养液(K2HPO4 0.5 g、MgSO4·7H2O 0.03 g、FeSO4·7H2O 0.4 g、NaCl0.4 g、NaNO3 1.2 g,pH值为7.5)中加入6L水,将培养液的初始总氮浓度设置为200mg/L。再在培养液中加入重铬酸钾晶体,配制得到不同浓度的含铬培养液,使得铬浓度分别为0、50、100、200 mg/L。以1‰的添加量分别向不同浓度含铬培养液中接入迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液,静置培养3 d,每天调节培养液pH至7.5并取样测定总氮含量。
结果如图4所示,随着培养时间的增加,含铬和不含铬培养液中的总氮含量均得到了明显的降低;在含铬浓度50和100 mg/L的培养液中,迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的脱除总氮能力完全没有受到铬的影响,而在含铬浓度为200 mg/L培养液中,虽然迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902稍微受到高浓度铬的影响,但仍脱除了培养液中一半的总氮,展现出较好的脱除总氮的能力。
实施例4:迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902脱除某电镀厂含铬废水总氮
收集某电镀厂电镀废水,并经测定,该电镀废水中铬浓度为114 mg/L、总氮含量为231mg/L。取1 L废水于烧杯中,加入迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液1 mL,静置培养3 d,每天取样后调整溶液pH至7.5,然后测定所取水样中总氮含量。
结果如图5所示,经3 d培养后,废水样中总氮含量由初始的231 mg/L降低至19.2mg/L,总氮去除率为87.7%,说明迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902能够高效的脱除含铬废水中的总氮并不受废水中高浓度铬的影响。
本发明的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902可以用于脱除含铬废水中的总氮,且在实际应用中使用方法简单,具体步骤如下:按照实施例3的方法制得迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液后,直接向含铬废水中加入体积比为1-3‰的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液,厌氧静置3-5天即可,经处理后的含铬废水中总氮得到很好的去除。另外,迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液也可经干燥制成发酵菌粉,且还可以与其他吸附剂(如草炭、蛭石、麦麸、菌糠等)或载体(玉米粉、葡萄糖、淀粉、滑石粉、碳酸钙)制备成液体、粉剂、颗粒型的微生物菌剂用于含铬废水总氮的脱除。上述应用均对于含铬废水的处理产生重要的意义。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.迟缓芽孢杆菌在用于制备脱除含铬废水中总氮的微生物菌剂中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌为保藏编号为CGMCCNo.18392的迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902具有很好的铬离子耐受性。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902能够耐受的铬离子浓度为0-500 mg/L。
5.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的应用方法为:经发酵培养获得发酵液,然后直接将所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液加入向含铬废水中,厌氧放置3-5天即可。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902发酵液的加入量为含铬废水体积的1-3‰。
7.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的发酵培养条件为:罐压0.1-0.2 MPa,温度30℃,溶氧≥30%,搅拌速度为180-200rpm,发酵18-20 h。
8.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902在应用时,经发酵培养获得发酵液后,与吸附剂或载体复合成微生物菌剂,然后将所述微生物菌剂加入向含铬废水中厌氧放置3-5天。
9.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述迟缓芽孢杆菌GBW-HB1902的总氮去除率为85%以上。
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