专利名称：脱氮不动杆菌及其降解废水中氨氮的方法
技术领域：
本发明涉及一种不动杆菌，特别是涉及一种在好氧条件下可以将废水中的氨氮氧化成氮气的不动杆菌及用它对废水进行处理的方法。
背景技术：
氮素是水体污染中的一类重要污染物，它主要以有机氮和无机氮两种形式存在。前者有蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等，它们来源于生活污水和农业废弃物如植物秸秆、牲畜粪便等，以及某些工业废水如羊毛加工、制革、印染和食品加工等过程中产生的废水。这些有机氮经过微生物氨化作用转化为无机氮。水中无机氮指氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，它们一部分是由有机氮经微生物分解后转化形成的，还有一部分来自于施用氮肥的农田排水和地表径流，以及某些工业废水如冶金工业的炼焦车间和化肥厂。
随着工农业的发展，世界各国污水总量及其有机物和氮磷营养物的排放总量不断增加，大量氮素进入水体，引起水体质量恶化，造成了多方面的危害(1)氨氮要消耗水体的溶解氧。(2)游离氨可影响鱼腮中氧的传递，引起鱼类大量死亡。(3)硝酸盐和亚硝酸盐可转化为亚硝胺，而亚硝胺是致癌、致突变和致畸物质，对人和动物构成潜在的威胁。(4)引起水体的“富营养化”，使水体变得腥臭难闻，透明度下降，鱼类和其他生物大量死亡，富营养化在海水则形成“赤潮”。
传统的脱氮措施一般从物理、化学和生物(水生植物、硝化菌和光合菌等微生物)三方面进行。生物脱氮工艺以其操作简单、投资少、成本低、不易造成环境污染，除氮效果也较好等多方面的优点在目前国内外水处理中被广泛应用。
传统生物脱氮的原理是先通过硝化作用将氨氮氧化为硝酸盐，再通过反硝化作用将硝酸盐还原成气态氮而从水中逸出。硝化作用是通过硝化细菌来完成的。硝化细菌是一群革兰氏阴性细菌，包括两个不同的生理群第一群为亚硝酸细菌，它们把铵盐氧化成亚硝酸盐；第二群为硝酸细菌，它们把亚硝酸盐氧化成硝酸盐。除维氏硝化杆菌外，硝化细菌都是专性化能自养菌，以氨或亚硝酸盐的氧化满足其能量的需要。
反硝化菌一般为兼性细菌，在有氧条件下以氧气为电子受体，厌氧条件下以硝酸根为电子受体。所以若进行反硝化反应，必须在厌氧环境下。一般认为在好氧条件下，硝酸或亚硝酸还原酶不能表达或氧分子会对这些酶产生抑制。如当溶解氧分别大于4.05、2.15、0.25mg/l时Pseudomonas nautica的硝酸根还原酶、亚硝酸还原酶、氮氧化物还原酶完全失活。
同时传统的生物脱氮工艺也存在着许多自身难以解决的缺点，限制了其大规模的普及应用(1)硝化过程是在好氧环境中完成的，而反硝化是在缺氧过程中进行的，这使得整个脱氮过程必须经过好氧和缺氧两个环节。(2)铵盐向亚硝酸盐转化过程由亚硝酸细菌作用完成，而亚硝酸细菌为化能自养菌生长速率缓慢，导致反应器启动时间长，增加了水处理成本。(3)亚硝酸细菌对污水组成成分、pH和温度等的改变都敏感。在亚硝化过程中亚硝酸细菌会产酸，从而抑制了其本身的正常作用，故在亚硝化过程中需不断加碱，提高了处理成本。(4)一般认为硝化过程BOD5(5日生化需氧量)负荷小于0.15BOD5/gMLSS.d时(MLSS-混合液体固体颗粒，d-天)，处理系统的硝化反应才能正常进行；反硝化菌为异养菌，故反硝化过程要求有机物含量较高，运行中往往需要补加碳源。
由于传统生物脱氮工艺存在着诸多自身不能克服的缺点，所以人们努力探求新型、效果更好的脱氮微生物，因此异养硝化细菌，好氧反硝化细菌，厌氧氨氧化细菌等一些新型脱氮细菌相继被发现。
早在1932年就有报道说，美国Mendota湖的沉积物在发酵期间，由未知的机理产生了氮气，后来在日本Kizakiko湖的沉淀物中以及Jones等发现在厌氧塘中产生了氮气，这些现象引起了科学家的注意。1995年Van de graaf得出结论，证明这种厌氧氨氧化过程是一个生物过程，是由微生物引起的。厌氧氨氧化的优势菌为革兰氏阴性光损性球菌，是专性厌氧的自养细菌，在有有机底物时会受到抑制。这类细菌可在无氧条件下，同时存在氨和NO3-或NO2-时，氨作为反硝化的无机电子供体，NO3-或NO2-作为电子受体，生成氮气。目前已确认了的厌氧氨氧化菌是Planctomycetales。厌氧氨氧化菌的发现使硝化过程和反硝化过程由同一细菌在同一环境下完成，大大的简化了脱氮工艺环节。
20世纪80年代以来生物学家研究发现Peseudomonas flurescens、Alcaligenes facealis、Pseudomonas aeruginos等都可以对有机或无机氮化合物进行异养硝化。与自养型硝化菌比较，异养型硝化菌的生长速率快、细胞产量高；要求溶解氧浓度低；能忍受更酸性环境。
20世纪50年代以来，国内外大量文献报道在实验室以及处理垃圾渗滤液的研究中均发现了好氧反硝化现象，同时一些好氧反硝化菌也得到了分离，如T.pantotropha、Pseudomonasstutzeri SU等。这类微生物可以在好氧环境中将硝酸盐或亚硝酸盐还原。Kuenen及Robertson等研究发现，许多异养硝化菌具有好氧反硝化作用，在产生NO3-和NO2-的过程中将这些产物还原，即直接将NH4+-N转化为最终气态产物而去除。
Robertson等还提出了好氧反硝化和异养硝化的工作模型，他认为好氧反硝化菌利用能在好氧条件下可以进行硝酸盐/亚硝酸呼吸以及异养硝化，在这过程中产生的过剩还原力被用于聚β羟基丁酸合成而得以转换。异养硝化菌以及好氧反硝化细菌的发现解决了传统生物脱氮处理启动时间长，硝化环节条件要求苛刻，硝化和反硝化不能同步进行等缺点，具有较好的发展前景。
厌氧氨氧化细菌，异养硝化细菌，好氧反硝化细菌等的发现拓宽了生物脱氮研究的领域，为高效、经济的脱氮工艺开发提供了基础。但随着人们研究的深入，发现这些已发现的菌株也存在一些不足。如厌氧氨氧化菌为专性厌氧菌，其培养技术要求较高，还不能应用于实际废水处理工程，同时厌氧氨氧化菌为自养细菌，在水处理中同样存在启动速度较慢的缺点；异养硝化及好氧反硝化对C/N要求较高，在处理过程中会产生温室气体N2O，造成二次污染等。故这些微生物的研究大多只限于实验室研究，尚未应用于实际水处理过程中。
发明内容
本发明的目的是克服现有微生物脱氮技术中的不足，提供一种在好氧条件下可以将废水中的氨氮直接氧化成氮气的微生物——脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp.YY-5)。
本发明的另一个目的是提供一种降解废水中氨氮的方法，本发明的技术方案概述如下一种脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)保藏号CGMCC No1154。
一种降解废水中氨氮的方法，在含氨氮的废水中加入重量体积百分比为0.01～1％的C1～C6的有机物之至少一种，加入脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5，CGMCC 1154，含量为105～1012个细菌/毫升废水，在气水比为10～50条件下曝气。
所述降解氨氮废水可以采用污水生物处理技术，水力停留时间1～12小时。
在降解废水中氨氮时，可以控制污水的化学耗氧量为10～5000mg/L，pH为5～11、氨氮含量为50～8000mg/L，温度为15～40℃，水力停留时间较好的是5～8小时。
所述化学耗氧量较好的是100～1500mg/L，pH为7～10，氨氮含量为100～800mg/L，温度为20～35℃。
污水的温度最好是30℃，pH最好的是10.0。
所述C1～C6的有机盐为琥珀酸钠或柠檬酸钠或乙酸钠或酒石酸钾钠或丙酸钠或丙酮酸钠或甲醇。
所述污水生物处理技术可以是活性污泥技术，所述脱氮不动杆菌存在于活性污泥中。
所述污水生物处理技术为膜生物反应器技术，所述脱氮不动杆菌存在于膜生物反应器中。
所述污水生物处理技术为生物膜技术，所述脱氮不动杆菌设置在所述生物膜技术的水处理填料中。
有益效果本发明的脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5 CGMCC 1154，是一株高效脱氮微生物，它不但具有异养硝化菌和好氧反硝化菌的特点，而且在处理含氨废水过程中只产生氮气，不产生N2O等温室气体，有利于环境保护；此外，采用这种脱氮不动杆菌处理含氨废水工艺简单，只需要一个好氧工程即可；脱氮效率高、启动快，1～3天即可达到满意效果；操作、维护简便，整个运行工程可实现自动化。因此，在各类废水脱氮工程中将具有非常广阔的应用前景。
图1为本发明脱氮不动杆菌革兰氏染色照片；图2为菌株YY-5脱氮时间曲线；图3为本发明脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5 CGMCC 1154的电镜照片。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1细菌的富集培养和分离纯化1.细菌的富集培养采集各类环境样品(各种污水处理厂的活性污泥、含氨废水、生活污水、化肥厂土壤、耕地，以及各种天然水体等)，利用含琥珀酸盐的培养基曝气培养富集一至两周，其间适时补充新鲜培养基。
琥珀酸盐培养基配方(NH4)2SO40.5g，琥珀酸钠2.17g，维氏盐溶液50ml，加水溶解，最后补充蒸馏水至1000ml(若所需为固体培养基则加入2％琼脂)。
维氏盐溶液组成K2HPO45.0g，MgSO4·7H2O 2.5g，NaCl 2.5g，，FeSO4·7H2O 0.05g，MnSO4·4H2O 0.05g，加水至1000ml。
2.细菌的初筛与复筛从样品富集液中吸取1ml培养液，加入到新鲜的琥珀酸盐培养基中30℃，120r/min摇床培养3天检测氨氮量，将氨氮降低的样品重复以上操作两次，然后将氨氮降低较明显的样品稀释至10-7，将稀释液移入新鲜的琥珀酸盐培养基中30℃，120r/min摇床培养3天，检测氨氮降低量，选取氨氮降低最多的样品划平板，30℃培养3天，挑取单菌落，作为初筛菌。
将初筛的菌接种于新鲜琥珀酸盐液体培养基中，30℃，120r/min摇床培养3天，进行复筛，将氨氮降低最明显的菌落划单菌落纯化两次，即得到所筛选菌株。
实施例2分离纯化获得的脱氮菌通过极限稀释法及平板划线培养的方法，分离到10多株具有好氧氨氧化作用的细菌，从中选出6株效果较好，依次编号为YY1-YY6。
实施例3分离细菌脱氮效果比较分离细菌接种于液体培养基培养(为缩短试验时间氨氮浓度减半)30℃，120r/min摇床培养24小时后，检测氨氮浓度变化，结果见表1。
表1.筛得不同菌株降解氨氮效果比较菌株号氨氮浓度(mg L-1)空白对照 58.49YY-1 11.96YY-2 3.58YY-3 6.12YY-4 13.11YY-5 0.0YY-6 14.17从表1可以看出，分离细菌中，YY-5脱氮效果较好，被我们选定为以下研究的出发菌株。
将菌株接种于液体培养基，30℃，120r/min摇床培养3天，每隔一定时间对培养基的氨氮、硝态氮、亚硝态氮进行测量，结果见图2。
由图2可以见YY-5在3天内将氨氮由95.23mg/L降解至1.29mg/L，转化率达到98.6％，同时，基本未发现亚硝态氮、硝态氮的积累，这与已报道的大多数脱氮细菌的性状都不相同。
实施例4菌株YY-5的鉴定形态球状或短杆状；革兰氏染色阴性；胞外具较厚的粘液层，很难洗去，故在电镜照片中残留的粘液层形成爪状物质；不产芽孢(见图1、图3)。
该菌株不能进行葡萄糖发酵；不能进行乙醇发酵；接触酶阳性；氧化酶阳性；异养；专性好氧；不具运动性。
依据《伯杰细菌分类手册》初步判定为不动杆菌属。
通过VITEK微生物分析仪鉴定，YY-5经VITEK微生物分析仪鉴定为鲍曼不动杆菌。
通过细菌16Sr DN/的同源序列分析比较，它与A.haemolyticus同源性为99％。
综合以上结果可认为菌株YY-5属于不动杆菌属(Acinetobacter sp.YY-5)，我们命名为脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5。
实施例5脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5脱氮条件的确定碳源的筛选Acinetobacter sp.YY-5在不同碳源(蔗糖、乳糖、丙酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖、乙醇、甲醇、乙酸钠、丙酮酸钠、柠檬酸钠、琥珀酸钠)的培养基上30℃，120r/min摇床培养6d，从氨氮去除情况看，YY-5在以丙酸钠、乙酸钠、丙酮酸钠、柠檬酸钠、琥珀酸钠等小分子为碳源时，脱氮效果较好。
温度的筛选Acinetobacter sp.YY-5在15～40℃均有较好的脱氮效果，在30～35℃时脱氮效果最好。
pH值的筛选Acinetobacter sp.YY-5在pH值5～11条件下都有较好的脱氮效果，而且随着pH值的不断升高，菌株Acinetobacter sp.YY-5脱氮效果逐渐增强，在pH值7～10时脱氮效果最好。
在氨氮脱除过程中O2大量消耗，CO2和N2大量增加，但没有温室气体-N2O产生。
实施例6脱氮不动杆菌处理生活污水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为105个细菌/毫升废水，加入0.3％(重量体积百分比)的琥珀酸钠，控制污水的pH值为7，化学耗氧量为100mg/L，在30℃、120r/min摇床培养48h，氨氮去除情况见表2。
表2
由表2可知，生活污水自身氨氮会逐渐降解，污水中只加入脱氮不动杆菌其氨氮降解效果并不好，只有加入琥珀酸钠后氨氮才能迅速降低。
实施例7脱氮不动杆菌处理生活污水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，加入0.7％(重量体积百分比)的琥珀酸钠，控制污水的pH值为10，化学耗氧量500mg/L，氨氮含量50mg/L，15℃，120r/min摇床培养48h。
实施例8脱氮不动杆菌处理生活污水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为108个细菌/毫升废水，加入0.5％(重量体积百分比)的甲醇，20℃、pH值5，化学耗氧量100mg/L，氨氮含量100mg/L，120r/min摇床培养48h。
实施例9脱氮不动杆菌处理海产品加工废水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，加入0.5％(重量体积百分比)的琥珀酸钠，35℃、pH值11，化学耗氧量5000mg/L，120r/min摇床培养不同时间，氨氮去除情况见下表3。
表3
由表3可得，该污水在稀释10倍的情况下，无论加琥珀酸钠与否，脱氮不动杆菌均不能降解氨氮。当污水稀释到50倍(氨氮浓度约在500mg/l)时，在加琥珀酸钠的情况下，氨氮降解，但降解较缓慢，经过7天总共脱除氨氮约为262.5mg/l，菌体可以大量繁殖。当稀释100倍(氨氮浓度约为288mg/l)时，在加琥珀酸钠的情况下，菌体大量繁殖，氨氮迅速下降，7天氨氮脱除率为82.93％。不论在任何稀释度下，将脱氮不动杆菌直接加入污水而不加琥珀酸钠的情况下，氨氮均不能被脱除。
实施例10、脱氮不动杆菌处理海产品加工废水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为106个细菌/毫升废水，加入0.01％柠檬酸钠(重量体积百分比)40℃，pH值10，化学耗氧量1500mg/L，氨氮含量8000mg/L，120r/min摇床培养72小时。
实施例11、脱氮不动杆菌处理化工废水在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为1010个细菌/毫升废水，加入0.6％(重量体积百分比)的琥珀酸钠，30℃，pH值10，化学耗氧量10mg/L，120r/min摇床培养3天，氨氮去除情况见下表4。
表4
由表4可得，将脱氮不动杆菌直接接种与化工厂污水并不能快速降解氨氮，污水较澄清，未发现菌体大量生长迹象。当污水中补加适量碳源后，菌体迅速繁殖，氨氮在3d内降解率为94.35％。而单独加入琥珀酸钠并不能降低氨氮浓度。
实施例12、脱氮不动杆菌处理垃圾渗滤液在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为1011个细菌/毫升废水，加入0.7％(重量体积百分比)琥珀酸钠30℃、化学耗氧量1000mg/L，120r/min摇床培养3天，pH值10，氨氮去除情况见下表5。
表5
由表5可得，无论原液还是稀释液，直接将脱氮不动杆菌接种而不外加琥珀酸钠的情况下，氨氮不能被脱除。而在污水中加入琥珀酸钠也不能促进氨氮的降解。在接种了脱氮不动杆菌，同时加琥珀酸钠的情况下，氨氮可以降解。在原液中，氨氮浓度高，脱氮不动杆菌脱除氨氮的效果不好，3天氨氮脱除了195.8mg/l，氨氮去除率为37.09％。在稀释液中，菌体生长迅速，氨氮脱除效果明显，3天氨氮脱除了251.1mg/l，氨氮去除率为86.9％。
实施例13脱氮不动杆菌处理垃圾渗滤液在水样中加入脱氮不动杆菌，含量为1011个细菌/毫升废水，加入0.5％(重量体积百分比)的酒石酸钾钠，30℃，pH值10，化学耗氧量1000mg/L，氨氮含量800mg/L，120r/min摇床培养3天。
实施例14脱氮不动杆菌在曝气池中处理生活污水在每天处理水量为100m3的曝气池中加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，加入0.5％(重量体积百分比)的丙酸钠，在气水比为40，曝气处理。
实施例15脱氮不动杆菌在膜生物反应器中处理生活污水在每天处理水量为10m3的500升膜生物反应器中加入脱氮不动杆菌，含量为1011个细菌/毫升废水，并补充0.01％的柠檬酸钠，曝气反应48h后，在气水比为10、水力停留时间为12小时条件下，膜生物反应器出水部分指标情况见表6。
表6运行天数出水指标COD(mg/L) 氨氮(mg/L)色度(度) pH0534.5 122.0 506.5135.2 9.6 1 7.2221.0 2.3 1 7.1522.6 1.2 1 7.010 18.7 0.6 3 7.215 16.0 0.2 2 6.830 12.4 1.4 3 6.960 45.3 1.5 5 6.8120 23.7 3.4 6 7.0由表6可知，生活污水经过脱氮不动杆菌强化的膜生物反应器处理后氨氮被迅速降低到10mg/L以下，而且可以长时间维持较低效果。
实施例16脱氮不动杆菌在活性污泥技术处理生活污水中的应用在曝气池的活性污泥中加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，并补充0.1％的琥珀酸钠，化学耗氧量800mg/L，氨氮含量120mg/L，曝气反应48h后，气水比为30，水力停留时间为1小时。
实施例17、脱氮不动杆菌在活性污泥技术处理生活污水中的应用在曝气池的活性污泥中加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，并补充0.1％的丙酮酸钠，化学耗氧量800mg/L，氨氮含量120mg/L，曝气反应48h后，气水比为30，水力停留时间为5小时。
实施例18、脱氮不动杆菌在生物膜技术处理餐饮废水中的应用在500升的生物反应器中加入尼龙弹性填料，加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，并补充1％的乙酸钠，曝气挂膜1周，然后运行，气水比为50，水力停留时间为8小时，出水部分指标见表7。
表7运行天数氨氮(mg/L) 色度(度)pH源水502.0 60 6.81 49.0 28 7.22 42.1 21 7.15 31.8 28 7.010 10.9 20 7.215 10.6 18 6.830 11.2 17 6.960 12.5 15 6.8120 13.8 16 7.0由表7可知，餐饮废水经过以脱氮不动杆菌为优势菌的生物膜技术处理后氨氮被迅速降低到50mg/L以下，而且可以长时间维持。
实施例19脱氮不动杆菌在生物膜技术处理餐饮废水中的应用在500升的生物反应器中加入尼龙弹性填料，加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，并补充1％的酒石酸钾钠，曝气挂膜1周，然后运行，气水比为50，水力停留时间为8小时。
实施例20脱氮不动杆菌在生物膜技术处理餐饮废水中的应用在500升的生物反应器中加入尼龙弹性填料，加入脱氮不动杆菌，含量为1012个细菌/毫升废水，并补充0.5％的琥珀酸钠和0.2％的柠檬酸钠，曝气挂膜1周，然后运行，气水比为50，水力停留时间为8小时。
权利要求
1.一种脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5，CGMCC 1154。
2.一种降解废水中氨氮的方法，其特征是在含氨氮的废水中加入重量体积百分比为0.01～1％的C1～C6的有机物之至少一种，加入权利要求1的脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY-5，CGMCC 1154，含量为105～1012个细菌/毫升废水，在气水比为10～50条件下曝气。
3.根据权利要求2所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述降解氨氮废水是采用污水生物处理技术，水力停留时间1～12小时。
4.根据权利要求3所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是控制污水的化学耗氧量为10～5000mg/L，pH为5～11、氨氮含量为50～8000mg/L，温度为15～40℃，所述水力停留时间为5～8小时。
5.根据权利要求4所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述化学耗氧量为100～1500mg/L，pH为7～10，氨氮含量为100～800mg/L，温度为20～35℃。
6.根据权利要求5所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述温度为30℃，pH为10.0。
7.根据权利要求2所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述C1～C6的有机盐为琥珀酸钠或柠檬酸钠或乙酸钠或酒石酸钾钠或丙酸钠或丙酮酸钠或甲醇。
8.根据权利要求3所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述污水生物处理技术为活性污泥技术，所述脱氮不动杆菌存在于活性污泥中。
9.根据权利要求3所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述污水生物处理技术为膜生物反应器技术，所述脱氮不动杆菌存在于膜生物反应器中。
10.根据权利要求3所述的一种降解废水中氨氮的方法，其特征是所述污水生物处理技术为生物膜技术，所述脱氮不动杆菌设置在所述生物膜技术的水处理填料中。
全文摘要
本发明公开了一种脱氮不动杆菌及其降解废水中氨氮的方法，脱氮不动杆菌(Acinetobacter sp)YY－5，CGMCC No1154，一种降解废水中氨氮的方法，在含氨氮的废水中加入重量体积百分比为0.01～1％的C1～C6的有机物之至少一种，加入脱氮不动杆菌，含量为10
文档编号C02F3/34GK1584014SQ20041001947
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月4日 优先权日2004年6月4日
发明者李君文, 孔庆鑫, 王新为, 金敏, 古长庆 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生学环境医学研究所