CN116904359A - 一株内生芽孢杆菌及其在降解工业废水cod的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一株内生芽孢杆菌及其在降解工业废水COD的应用，属于生物降解技术领域。所述内生芽孢杆菌能够适应工业生产废水的环境，且生长繁殖良好，并对废水中的COD成分有很好的降解清除作用，降解率最高可达到83.75％。因此，本发明的菌株能够适应含工业生产废水的恶劣环境，能够应用于处理工业生产废水，并且有利于生态环境的可持续发展。

Description

一株内生芽孢杆菌及其在降解工业废水COD的应用

技术领域

本发明涉及一株内生芽孢杆菌及其在降解工业废水COD的应用，属于生物降解技术领域。

背景技术

工业生产废水包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流水的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业生产废水有碱性强，毒性强，COD高等特点。COD是体现水中还原性物质多少的一个指标。因此，一般用COD来代表废水中有机物质的总量。COD是指标水体有机污染的一项重要指标，COD值越大，表示水体受污染程度越严重。水体自净需要降解有机物，COD的降解需要耗氧，而水体中的复氧能力不可能满足要求，水中DO就会直接降为0，成为厌氧状态。在厌氧状态也要继续分解(微生物的厌氧处理)，水体就会发黑、发臭(厌氧微生物是看起来很黑，有硫化氢气体生成)。水体中COD过高会破坏水体平衡，造成除微生物外几乎所有生物的死亡，进一步影响周边环境。生活在这种环境下的人群的健康状态就就会每况愈下，一般高COD的工业生产废水中都含有很多挥发性刺激性物质，而这些稠环芳香化合物惠长期滞留在人体内，损坏某些特定的组织器官，比如沉积在肺、肾等重要组织器官，或损害神经系统功能，导致胎儿畸形等。

目前有关工业生产废水的处理方法包括物理法、化学法和生物法三大类。通过沉淀池，过滤格栅、滤网，隔油池，油水分离器等预处理污水，将污水中颗粒物质的COD简单的去除，是物理法的主要内容，但是物理法存在处理成本高，处理效果不佳的缺点。化学法是在物理法处理后的废水里，添加污水药剂，例如：混凝剂、絮凝剂、氧化剂等，化学法的COD降解率较可观，但是此类方法产生的废气废液需要进行后续收集处理，导致此类方法成本较高。

目前微生物降解工业生产废水相关的有：通过微生物分泌的水解酶将聚合有机废物转化为单体。由于单体比聚合物更易于生物水解，因此水解可以提高微生物的降解能力。在《自固定化微生物降解工业废水中的2-氯苯甲酸》中COD的去除率达到56％以上，降解效率尚可，但降解对象COD含量较低且降解时限较长，还需要进一步提高降解效率，优化降解方案，筛选出能够适应工业化生产的高效菌种。

发明内容

[技术问题]目前在降解工业生产废水的领域，采用生物法降解仍存在成本高，降解效率偏低，无法广泛应用于工业生产的问题。

[技术方案]鉴于当前所存在的问题，本发明从常州污水处理厂的污泥中提取了一株内生芽孢杆菌，该菌株可用于降解工业生产废水中的COD，为处理工业生产废水提供一种有效的生物处理法。

本发明提供了一株内生芽孢杆菌(Bacillus endophytic)，已于2022年09月26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，保藏编号为CGMCC No.25802，保藏地址为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。

本发明还提供含有所述内生芽孢杆菌的微生物制剂。

在一种实施方式中，所述微生物制剂中内生芽孢杆菌活菌数≥2×10⁹CFU/ml。

在一种实施方式中，所述微生物制剂还含有冻干保护剂。

本发明还提供一种制备所述微生物制剂的方法，将所述内生芽孢杆菌在培养基中发酵。

在一种实施方式中，所述发酵在pH 7.0-9.0，100-140r/min，20-40℃，发酵至少16h。

本发明还提供所述内生芽孢杆菌或所述的微生物制剂在降解工业废水COD中的应用。

本发明还提供一种降解工业废水中COD的方法，将所述的内生芽孢杆菌或所述的微生物制剂加入工业废水中。

在一种实施方式中，所述工业废水的COD值≥13656.9mg/L。

在一种实施方式中，将菌液以(4×10⁸～2×10⁹)CFU/mL的终浓度加入至废水中，在pH7.0-9.0，100-140r/min，20-40℃，至少降解6h。

本发明还提供所述的内生芽孢杆菌，或所述的微生物制剂，或制备所述微生物制剂的方法在制备污水处理剂中的应用。

有益效果

本发明从常州污水处理厂的污泥中分离得到一株Bacillus endophytic，所述Bacillus endophytic可以在pH7.0-9.0的碱性条件下正常生长，并且可以降解工业生产废水中的COD，对455.2mg/L COD含量的废水，COD降解率达到83.75％；对13656.9mg/L COD含量的废水，COD降解率达到70.37％。降解过程简单，对环境、工艺的要求低。

生物材料保藏

一株内生芽孢杆菌，分类学命名为Bacillus endophytic，已于2022年9日26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，保藏编号为CGMCC No.25802，保藏地址为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。

附图说明

图1为内生芽孢杆菌Bacillus endophytic菌落形态及细胞形态图；A为菌落形态，B为细胞形态图。

图2为内生芽孢杆菌Bacillus endophytic处理高浓度COD废水变化图。

具体实施方式

本发明的一些实施方式中涉及的培养基如下：

LB液体培养基：酵母粉5g·L^-1、胰蛋白胨10g·L^-1、氯化钠10g·L^-1、1000mL蒸馏水。

LB固体培养基：酵母粉5g·L^-1、胰蛋白胨10g·L^-1、氯化钠10g·L^-1、1000mL蒸馏水，琼脂20g。

LB液体培养基和LB固体培养基的pH调节：根据需要，用5mol/L氢氧化钠溶液和0.1mol/L盐酸溶液调节LB液体培养基或LB固体培养基的pH至7、9、10、11、13、14。

本发明的一些实施方式中工业生产废水COD降解率计算：

计算工业生产废水COD的降解率：

工业生产废水COD降解率＝(COD入口处总量-COD出口处总量)/COD入口处总量利用多参数水质测定仪，测定工业生产废水COD含量。

技术术语：

污泥：术语“污泥”取自常州污水处理厂，密度为0.027g·mL^-1，pH为7.66。

工业生产废水：来自于常州污水处理厂的工业生产废水，该废水中含有大量的有机和无机污染物，如染料、重金属、盐类和油脂等，pH 8.7，具有成分复杂、碱性强、盐度高、色度大并且含有毒有害物质等特点。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：菌株的筛选

(1)取从常州污水处理厂取得的密度为0.027g·mL^-1的污泥10mL放入90mL的LB液体培养基，于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(2)取步骤(1)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(3)取步骤(2)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(4)取步骤(3)中的菌液5μL加入到灭过菌的LB液体培养基中，在140～180rpm、30～40℃下的摇床中培养4～6d后，用枪头吸取100μL液体，涂布于碱性LB固体培养基上；

(5)将涂布有菌液的碱性LB固体培养基放在37℃的培养箱中培养1～2d，观察菌落的形态，在每个菌落上挑取少量菌种分别接种于碱性LB液体培养基中，培养4～6d后，将菌液涂布于碱性性LB固体培养基上；

(6)将步骤(5)重复多次，直至每个碱性LB固体培养基中都获得单一的菌种；

(7)从长出单一菌种的培养基中挑取单菌种接种新100mL碱性LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d，测量菌液的OD₆₀₀值达到0.8得到所需菌液。

实施例2：菌株的鉴定

(1)菌种保藏：斜面保藏，于2022年9日26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，保藏编号为CGMCC No.25802，保藏地址为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。

(2)菌种鉴定：菌株由生工生物工程(上海)股份有限公司经16s RNA鉴定为内生芽孢杆菌Bacillus endophytic。

实施例3：菌株在不同pH下培养及pH耐受性

(1)将实施例1获得的菌株以2％的体积比接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在30℃、100r/min的条件下培养，分别在初始pH为7.0、9.0、10.0、11.0、13.0和14.0的碱性LB液体培养基中，连续震荡培养48h；

(2)间隔6h测量不同初始pH培养基中的OD₆₀₀值。

如表3所示Bacillus endophytic菌在初始pH为7的条件下较早进入生长对数期，因此其较适宜的初始pH为7。且内生芽孢杆菌的pH的耐受性范围在7.0-9.0。

表1Bacillus endophytic菌在不同初始pH下的OD₆₀₀值

实施例4：菌株在不同转速下培养

(1)将实施例1获得的菌株以2％的体积比接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在30℃、pH为7的条件下培养，分别在摇床转速为0r/min、100r/min、140r/min的LB液体培养基中，连续震荡培养48h。

(2)间隔6h测量不同摇床转速培养基中的OD₆₀₀值。

如表2所示Bacillus endophytic菌在转速为100-140r/min的条件下更早进入微生物生长对数期，因此其最适摇床转速为100-140r/min。

表2Bacillus endophytic菌在不同转速下的OD₆₀₀值

实施例5：菌株在不同温度下培养及温度耐受性

(1)将实施例1获得的菌株以体积比2％的接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在pH为7、转速为140r/min的条件下培养，分别在温度为20℃、30℃、40℃、50℃和60℃的LB液体培养基中，连续震荡培养48h。

(2)间隔6h测量不同温度培养基中的OD₆₀₀值。

如表3所示Bacillus endophytic菌在30℃的温度下较早进入生长对数期，因此相比较而言其适宜的温度范围为30℃。且内生芽孢杆菌的温度耐受性范围在20℃-40℃。

表3Bacillus endophytic菌在不同温度下的OD₆₀₀值

实施例6：菌株降解工业生产废水的应用

(1)菌株培养：将实施例1获得的Bacillus endophytic菌以体积比2％的接种量分别接种至100mL LB液体培养基中，在30℃、pH为7、转速为100r/min的条件下震荡培养，培养48h后使得培养基中菌液浓度达到OD₆₀₀为1.0左右，2×10⁹CFU/mL；

(2)废水处理：分别取步骤(1)培养48h后的内生芽孢杆菌分别将菌液以4×10⁸CFU/mL、8×10⁸CFU/mL、1.2×10⁹CFU/mL、1.6×10⁹CFU/mL、2×10⁹CFU/mL的终浓度加入至100ml废水中，在温度30℃、转速140r/min条件下处理6-72h，每隔12h检测废水中残留的COD含量，计算菌株对工业生产废水的COD降解率。此时处理COD的反应参数为菌株最佳生长条件。废水降解过程中发挥作用的菌体浓度为2×10⁹CFU/mL，废水入口处COD总量为13656.9mg/L。

(3)结果测定：测定污水前后COD含量的变化，计算降解率，选择出最佳降解效果下菌液的浓度。

由表4和图2可知，步骤(1)制备的Bacillus endophytic菌的投加量为4×10⁸CFU/mL时，降解工业生产废水的效率可达到最大，为70.37％。

表4Bacillus endophytic菌处理高浓度COD废水(废水入口处总量为13656.9mg/L)

实施例7：菌株降解工业生产废水的应用

具体实施方式如实施例6，区别在于，改变工业废水入口处的总量为455.2mg/L。

由表5可知，步骤(1)制备的Bacillus endophytic菌的投加量为8×10⁸CFU/mL时，降解低浓度工业生产废水(废水入口处总量为455.2mg/L)的效率可达到最大，降解24h，可以使COD降解率达到83.7％。

表5Bacillus endophytic菌处理低浓度COD废水(废水入口处总量为455.2mg/L)

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一株内生芽孢杆菌(Bacillus endophytic)，其特征在于，所述内生芽孢杆菌已于2022年09月26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，保藏编号为CGMCCNo.25802。

2.含权利要求1所述内生芽孢杆菌的微生物制剂。

3.根据权利要求2所述微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂中内生芽孢杆菌活菌数≥2×10⁹CFU/ml。

4.根据权利要求3所述微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂还含有冻干保护剂。

5.一种制备权利要求2～4任一所述微生物制剂的方法，其特征在于，将权利要求1所述内生芽孢杆菌在培养基中发酵。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在pH 7.0-9.0，100-140r/min，20-40℃，发酵至少16h。

7.权利要求1所述内生芽孢杆菌或权利要求2～4任一所述的微生物制剂在降解工业废水COD中的应用。

8.一种降解工业废水中COD的方法，其特征在于，将权利要求1所述的内生芽孢杆菌或权利要求2～4任一所述的微生物制剂加入工业废水中。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，将菌体分别以(4×10⁸～2×10⁹)CFU/mL的终浓度加入工业废水中，在pH 7.0-9.0，100-140r/min，20-40℃，降解至少6h。

10.权利要求1所述的内生芽孢杆菌，或权利要求2～4任一所述的微生物制剂，或权利要求5或6所述方法在制备污水处理剂中的应用。