本發(fā)明涉及微生物及生物降解技術(shù)領(lǐng)域,具體地,涉及一株鄰甲酚降解菌及其應(yīng)用,尤其是在焦化、煤化工、石油化工廢水處理中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
鄰甲酚又稱鄰甲苯酚、鄰甲基苯酚、2-甲基苯酚、2-羥基-1-甲苯、2-甲酚、鄰羥基甲苯;鄰甲酚是甲酚的第二種異構(gòu)體。鄰甲酚主要用作合成樹脂,還可用于制作農(nóng)藥二甲四氯除草劑、醫(yī)藥上的消毒劑、香料和化學(xué)試劑及抗氧劑等,其下游產(chǎn)品主要有合成樹脂鄰甲酚酚醛樹脂、鄰甲基水楊酸、對氯鄰甲苯酚、鄰羥基苯甲醛、2-甲基-5-異丙基酚和抗氧劑等。此外還可用于癸二酸生產(chǎn)的稀釋劑、消毒劑以及增塑劑等
鄰甲酚是典型的含酚苯系化合物,廣泛存在于煤焦油、煤氣、和石油中。鄰甲酚有苯酚氣味,有毒,有腐蝕性,經(jīng)呼吸道吸入后能引起全身中毒。鄰甲酚難于生物降解,易通過焦化、煤化工、石油化工廢水的外排污染生態(tài)環(huán)境,對人類健康具有巨大的潛在危害。
在廢水處理過程中,生物處理法比物化法具有諸多優(yōu)勢,如處理成本較低,條件溫和,不產(chǎn)生二次污染等。然而,傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)在一些難處理的工業(yè)廢水中很難達(dá)到環(huán)保要求,常規(guī)的活性污泥對廢水中的難降解物質(zhì)如吡啶、喹啉、萘、酚類等無計(jì)可施。近年來,生物強(qiáng)化技術(shù)通過在活性污泥中加入特定功能微生物,提高原有活性污泥對目標(biāo)污染物的去除效能,大大提高了污水處理能力,因而越來越引起人們的重視。
目前,國內(nèi)外已有部分學(xué)者篩選出對鄰甲酚具有高效降解性能的菌株,如假單胞菌(Pseudomonas sp.)、產(chǎn)硫酸桿菌(Thiobacillus)、副球菌屬(Paracoccus sp.)等,這些研究大多僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。到目前為止,國內(nèi)外有部分學(xué)者研究表明假單胞菌(Pseudomonas sp.)可以降解苯甲酸鈉、吡啶和多氯聯(lián)苯等多種芳香化合物,但未見其降解鄰甲酚的報(bào)道。焦化廢水、煤化工廢水和石油化工廢水中含有一定濃度的鄰甲酚,而鄰甲酚屬于難生化降解有機(jī)物,因此僅靠生物處理環(huán)節(jié)中的普通活性污泥很難實(shí)現(xiàn)對鄰甲酚的有效降解。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷,提供一株鄰甲酚降解菌,實(shí)現(xiàn)其對焦化廢水、煤化工廢水和石油化工廢水的生物強(qiáng)化處理。
本發(fā)明所提供的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01源于焦化廢水處理站周邊的土壤。以鄰甲酚作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖,在鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基中對土壤中的菌群進(jìn)行馴化培養(yǎng),并通過平板劃線分離純化得到。
本發(fā)明所提供的鄰甲酚降解菌為革蘭氏陽性菌,菌落為白色,邊緣整齊,呈圓形,光滑濕潤,中心凸起。經(jīng)16S rRNA鑒定為假單胞菌(Pseudomonas sp.),命名TJKYLJF-01。該菌株于2014年12月15日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC,地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號,中國科學(xué)院微生物研究所,郵編100101),保藏編號為CGMCC No.10177,分類名為假單胞菌(Pseudomonas sp.)
本發(fā)明所提供的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的培養(yǎng)條件為,將其接種于培養(yǎng)基中,溫度為25-35℃,初始pH為7-9,接種量為1-3%,搖床轉(zhuǎn)速為100-150rpm。
所述培養(yǎng)基的配方為,K2HPO4·12H2O 2.24g,KH2PO4 2.74g,(NH4)2SO4 1g,MgCl2·6H2O 0.2g,NaCl 0.1g,F(xiàn)eCl3·6H2O 0.02g,CaCl2 0.01g,2mL微量元素儲備液,補(bǔ)足蒸餾水至1000mL;所述微量元素儲備液組分為MnSO4·H2O 0.1g,ZnSO4·7H2O 0.12g,H3BO3 0.07g,Na2MoO4·H2O 0.04g,CuSO4·5H2O 0.02g,CoCl2 0.04g,補(bǔ)足蒸餾水至1000mL。
本發(fā)明的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能夠耐受濃度≤1500mg/L的鄰甲酚。
含有本發(fā)明所述鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的菌劑屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提供了鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01或其發(fā)酵液或含有其的菌劑在降解鄰甲酚中的應(yīng)用。
上述應(yīng)用中,控制鄰甲酚在體系中的濃度≤1500mg/L;最佳濃度為1000mg/L;
降解過程的工作條件為:溫度15-40℃,優(yōu)選25-35℃,最優(yōu)選30℃;pH值5-9,優(yōu)選pH值7-8。
降解過程中,若振蕩降解體系,例如振蕩轉(zhuǎn)速為100-150r/min時(shí),能滿足鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對溶氧的需求,提高TJKYLJF-01菌對鄰甲酚降解效率。
本發(fā)明提供了鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01或其發(fā)酵液或含有其的菌劑在凈化工業(yè)廢水中的應(yīng)用。
所述的工業(yè)廢水為焦化廢水、煤化工廢水和石油化工廢水中的一種。
本發(fā)明的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能利用鄰甲酚作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖,在48h內(nèi)將1000mg/L的鄰甲酚降解完全。
本發(fā)明提供了鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01或其發(fā)酵液或含有其的菌劑在環(huán)境清潔中的應(yīng)用。
本發(fā)明的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能利用鄰甲酚作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖,在48h內(nèi)將1000mg/L的鄰甲酚降解完全。鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能耐受濃度高達(dá)1500mg/L的鄰甲酚,對較高濃度鄰甲酚工業(yè)廢水具有優(yōu)良的降解效果,該菌可應(yīng)用于焦化廢水、煤化工廢水和石油化工廢水的生物強(qiáng)化處理,應(yīng)用前景廣闊。
附圖說明
圖1為鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的生長與鄰甲酚降解效果關(guān)系圖。
圖2為鄰甲酚初始濃度對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響圖。
圖3為培養(yǎng)溫度對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響。
圖4為初始pH值對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響圖。
圖5為接種量對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響圖。
圖6為搖床轉(zhuǎn)速對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響圖。
圖7為鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的焦化廢水的強(qiáng)化處理效果圖。
圖8為鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的煤化工廢水的強(qiáng)化處理效果圖。
圖9為鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的石油化工廢水的強(qiáng)化處理效果圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下,對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換,均屬于本發(fā)明的范圍。
若未特別指明,實(shí)施例中所用的化學(xué)試劑均為常規(guī)市售試劑,實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
實(shí)施例1鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的分離、鑒定及其對鄰甲酚的降解性能
1、菌株的分離、純化
(1)菌種來源
菌源采自焦化廢水處理站周邊的土壤,呈黑褐色,采集距表層4-8cm的土壤樣品6份。
(2)菌株的分離純化
將采集的土樣加入無菌蒸餾水空曝48h,靜置后取10mL上清液接種于90mL含300mg/L鄰甲酚的LB培養(yǎng)基(蛋白胨1%,氯化鈉1%,酵母抽提物0.5%)中,在30℃和150r/min活化培養(yǎng)24h。取5mL培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接至含鄰甲酚300mg/L的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中,同樣條件馴化培養(yǎng)2-3d,然后取5mL培養(yǎng)液移接至新鮮鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基,如此反復(fù)3次,其中鄰甲酚濃度分別為300、500、1000mg/L;將含鄰甲酚1000mg/L的馴化液按不同比例稀釋,分別涂布于含鄰甲酚500mg/L的鄰甲酚無機(jī)鹽平板上,30℃培養(yǎng)3d。挑選邊緣清晰的菌落,經(jīng)LB平板劃線純化至獲得單菌落,分別進(jìn)行鄰甲酚降解試驗(yàn)。確定各菌株降解鄰甲酚能力后,以含鄰甲酚500mg/L的LB斜面保藏降解性能優(yōu)良的菌株。
2、菌株的鑒定
(1)鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的菌落形態(tài)特征及生理生化特性
鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌落為白色,邊緣整齊,呈圓形,光滑濕潤,中心凸起。
(2)鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的16S rRNA鑒定
對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的16S rRNA基因進(jìn)行克隆、測序,然后在GenBank中進(jìn)行Blast比對。結(jié)果顯示,與其序列相似性達(dá)到99%的均為假單胞菌(Pseudomonas sp.),其16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。結(jié)合菌株的生理生化特性,將其歸屬于假單胞菌(Pseudomonas sp.),編號為TJKYLJF-01。
該菌株于2014年12月15日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC,地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號,中國科學(xué)院微生物研究所,郵編100101),保藏編號為CGMCC No.10177,分類名為假單胞菌(Pseudomonas sp.)。
3、菌懸液的制備
挑取一環(huán)細(xì)菌接種于LB培養(yǎng)基,30℃、150rpm培養(yǎng)24h,取5mL培養(yǎng)物接于新鮮LB培養(yǎng)基,30℃培養(yǎng)7-8h(細(xì)菌處于對數(shù)生長期),5000rpm、10min離心收集菌體,并用鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基(pH 7.5)洗滌3次,重懸于鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)細(xì)胞密度至OD600=1,4℃保存?zhèn)溆谩?/p>
4、對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的生長與其對鄰甲酚的降解效果的關(guān)系
將鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01接種于含500mg/L鄰甲酚的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中,于30℃,150r/min搖床培養(yǎng),連續(xù)測定細(xì)胞的生長及鄰甲酚的殘留濃度如圖1所示,測定結(jié)果表明:鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的生長趨勢與對鄰甲酚的降解過程基本同步,該菌能利用鄰甲酚作為唯一碳、氮和能源物質(zhì)促進(jìn)自身生長,并對鄰甲酚有良好的降解效果。
5、培養(yǎng)條件對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的生長及其降解鄰甲酚的能力的影響
(1)鄰甲酚初始濃度的影響:考察不同的鄰甲酚初始濃度(100、300、500、800、1000、1500mg/L)對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響,連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖2所示,鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01可在48h內(nèi)將1000mg/L的鄰甲酚降解完全,隨著鄰甲酚初始濃度的提高,降解過程所需的停滯期明顯延長,當(dāng)鄰甲酚濃度達(dá)到1500mg/L時(shí),鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對鄰甲酚的去除變得很慢。結(jié)果表明,隨著鄰甲酚濃度的升高,鄰甲酚對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的降解抑制作用逐漸增強(qiáng)。
(2)培養(yǎng)溫度的影響:考察不同的培養(yǎng)溫度(15、20、25、30、35、40℃)對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響,連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖3所示,30℃下經(jīng)過48h培養(yǎng),約1000mg/L鄰甲酚僅殘余5.3mg/L,明顯優(yōu)于其它溫度的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的溫度對比為30℃>25℃>35℃>40℃>20℃>15℃。
(3)初始pH的影響:考察不同的初始pH值(3、4、5、6、7、8、9、10)對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響,連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖4所示,根據(jù)降解過程中鄰甲酚殘留濃度的大小確定不同初始pH值下鄰甲酚降解效果:pH8≈pH7>pH9>pH6>pH5>pH4>pH3。
(4)接種量的影響:考察不同的接種量(0.5vol%、2vol%、5vol%、10vol%、15vol%、20vol%)對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響,連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖5所示,可以看出,接種量越大,鄰甲酚降解速率越快,當(dāng)接種量為10vol%和15vol%時(shí),搖瓶中鄰甲酚的去除速率最高,表明當(dāng)接種量達(dá)到20vol%此時(shí)再單純依靠增加接種量對提高鄰甲酚降解效果的影響并不明顯。
(5)搖床轉(zhuǎn)速的影響:考察不同的搖床轉(zhuǎn)速(50、100、150、200、250rpm)對鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01降解鄰甲酚的影響,連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖6所示,轉(zhuǎn)速為50r/min的鄰甲酚降解率明顯低于轉(zhuǎn)速為100、150、200和250r/min的降解率。另外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示后三者對鄰甲酚降解率的影響并不十分明顯,表明在搖床轉(zhuǎn)速為100-150r/min時(shí)已能滿足鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對溶氧的需求,此時(shí)單純依靠增大轉(zhuǎn)速對提高鄰甲酚降解效果的影響并不顯著。
實(shí)施例2鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的焦化廢水的強(qiáng)化處理
在錐形瓶中,將實(shí)施例1分離得到的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01投加到處理焦化廢水的活性污泥中,設(shè)置3組實(shí)驗(yàn)考察其對鄰甲酚的去除效果。
(a)32mL焦化廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(b)32mL焦化廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL高壓滅菌后的活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(c)32mL焦化廢水+38m鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥。于30℃,150rpm搖床培養(yǎng)。
連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖7所示,結(jié)果表明:未投加鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01的活性污泥對廢水中的鄰甲酚降解緩慢,投加鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01則顯著提高了活性污泥對鄰甲酚的降解能力,并在48h內(nèi)將含約1000mg/L鄰甲酚的焦化廢水中的鄰甲酚完全去除。
實(shí)施例3鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的煤化工廢水的強(qiáng)化處理
在錐形瓶中,將鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01投加到處理煤化工廢水的活性污泥中,設(shè)置3組實(shí)驗(yàn)考察其對鄰甲酚的去除效果。
(a)32mL煤化工廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(b)32mL煤化工廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL高壓滅菌后的活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(c)32mL煤化工廢水+38m鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥。于30℃,150rpm搖床培養(yǎng)。
連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖8所示,結(jié)果表明:鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01起到了明顯的生物強(qiáng)化作用,并在48h內(nèi)將含約1000mg/L鄰甲酚的煤化工廢水中的鄰甲酚完全去除。
實(shí)施例4鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01對添加較高濃度鄰甲酚的石油化工廢水的強(qiáng)化處理
在錐形瓶中,將鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01投加到處理石油化工廢水的活性污泥中,設(shè)置3組實(shí)驗(yàn)考察其對鄰甲酚的去除效果。
(a)32mL石油化工廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(b)32mL石油化工廢水+33mL鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL高壓滅菌后的活性污泥+5vol%的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01菌懸液;
(c)32mL石油化工廢水+38m鄰甲酚無機(jī)鹽培養(yǎng)基+1000mg/L鄰甲酚+30mL活性污泥。于30℃,150rpm搖床培養(yǎng)。
連續(xù)測定培養(yǎng)液中鄰甲酚的殘留濃度如圖9所示,結(jié)果表明:鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01起到了明顯的生物強(qiáng)化作用,并在48h內(nèi)將含約1000mg/L鄰甲酚的煤化工廢水中的鄰甲酚完全去除。
本具體實(shí)施方式的鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能利用鄰甲酚作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖,在48h內(nèi)將1000mg/L的鄰甲酚降解完全。鄰甲酚降解菌TJKYLJF-01能耐受濃度高達(dá)1500mg/L的鄰甲酚,對較高濃度鄰甲酚工業(yè)廢水具有優(yōu)良的降解效果,該菌可應(yīng)用于焦化廢水、煤化工廢水和石油化工廢水的生物強(qiáng)化處理,應(yīng)用前景廣闊。
雖然,上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述,但在本發(fā)明基礎(chǔ)上,可以對之作一些修改或改進(jìn),這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此,在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn),均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
SEQUENCE LISTING
<110> 天津凱英科技發(fā)展股份有限公司
<120> 一株鄰甲酚降解菌及其應(yīng)用
<130> PB610105N
<160> 1
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 1408
<212> DNA
<213> Pseudomonas sp.
<400> 1
catgcaagtc gagcggatga cgggagcttg ctccttgatt cagcggcgga cgggtgagta 60
atgcctagga atctgcctgg tagtggggga caacgtttcg aaaggaacgc taataccgca 120
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