一种节杆菌TY2用于水处理的用途和用于水处理的菌剂的制作方法

一种节杆菌ty2用于水处理的用途和用于水处理的菌剂
技术领域
1.本技术涉及微生物技术领域，特别是涉及一种节杆菌ty2用于水处理的用途和用于水处理的菌剂。


背景技术：

2.流域水资源是人类赖以生存的重要资源，由于人口增加、经济发展迅速，水污染治理滞后，大量污水未经处理就直接排放入河、湖水体，湖泊及其流域的生态系统受到严重破坏，造成水质污染，富营养化日趋严重，导致流域的水资源危机日益加剧，直接影响到流域生态环境和社会经济的可持续发展。
3.目前，河道污染治理的方式主要采用物理法、化学法、生物法等，其中，生物法主要通过近自然的修复工艺，恢复水生生物的多样性从而实现河道治理，具有投资少、能耗费用低、工艺简单、运维方便、出水安全性高、生态环境效益显著等优点，受到了越来越多的关注。例如，人工湿地处理技术，将生态系统中的化学、生物、物理各方面的作用进行相互结合，达到水体净化的作用，而人工湿地中的微生物是实现水体净化的主要因素。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种节杆菌ty2用于水处理的用途和用于水处理的菌剂，以实现对水体进行脱氮处理并降低水体中的化学需氧量。具体技术方案如下：
5.本技术第一方面提供一种节杆菌ty2用于水处理的用途，所述节杆菌ty2的保藏编号为cgmcc no 1.18866。
6.本技术第二方面提供一种用于水处理的菌剂，其包括节杆菌ty2，所述节杆菌ty2的保藏编号为cgmcc no 1.18866。
7.优选地，所述菌剂其还包括芽孢杆菌属、酵母属、放线菌属、假单胞属中的至少一种。
8.本技术第三方面提供一种前述菌剂用于水处理的用途。
9.优选地，所述水处理包括采用人工湿地、通过承载设备或直接投加的方式进行水处理。
10.优选地，所述水处理包括用于水体脱氮。
11.更优选地，所述水体脱氮包括去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮中的至少一种。
12.优选地，所述水处理包括降低水体中的化学需氧量。
13.本技术第四方面提供一种采用节杆菌ty2进行水处理的方法，所述节杆菌ty2的使用浓度为105cfu/l至108cfu/l，所述节杆菌ty2的保藏编号为cgmcc no 1.18866。
14.本技术第五方面提供一种采用前述菌剂进行水处理的方法，其中，以所述节杆菌ty2记，使用量为1g/m3至20g/m3。
15.节杆菌ty2用于水处理，能够用于水体脱氮，去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮等，同时还能降低水体中的化学需氧量(cod)，实现对水体的净化。
16.保藏说明
17.菌种名称：ty2
18.拉丁名：arthrobacter sp.
19.分类命名：节杆菌
20.保藏编号：cgmcc no 1.18866
21.保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
22.保藏机构简称：cgmcc
23.地址：北京市朝阳区北辰路1号院3号
24.保藏日期：2021年10月15日
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
26.图1为节杆菌ty2革兰氏染色后的显微镜照片；
27.图2为节杆菌ty2水处理过程中水的光密度变化曲线图；
28.图3为节杆菌ty2用于降解水中氨氮的浓度变化曲线图；
29.图4为节杆菌ty2降解水中总氮的浓度变化曲线图；
30.图5为节杆菌ty2降解水中硝氮的浓度变化曲线图；
31.图6为节杆菌ty2降解水中亚硝氮的浓度变化曲线图；
32.图7为节杆菌ty2降解水中化学需氧量的变化曲线图；
33.图8为节杆菌ty2水体脱氮的机理图。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
36.本技术第一方面提供一种节杆菌ty2用于水处理的用途，所述节杆菌ty2的保藏编号为cgmcc no 1.18866。
37.节杆菌ty2于2021年10月15日保藏于北京市朝阳区北辰路1号院3号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 1.18866。节杆菌ty2用于水处理，能够用于水体脱氮，去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮等，同时还能降低水体中的cod，实现对水体的净化。
38.其中，节杆菌ty2通过富集培养和分离纯化获得，本技术对富集培养和分离纯化的方法没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可。例如，节杆菌ty2的富集培养和分离纯化步骤可以包括但不限于：将河道淤泥、污水厂生化池底泥或垃圾处理厂好氧池污泥的至
少一种，加入异养硝化培养基中，每隔一定时间测定其中的氨氮含量，如果发现其中的氨氮含量降至0mg/l时，再向其中加入新培养基，富集培养7天至10天。然后通过梯度稀释法、平板划线法分离纯化得到节杆菌ty2。其中，异养硝化培养基可以采用本领域已知的异养硝化培养基，本技术对异养硝化培养基的成分没有特别限制，只要能够实现本技术的目的即可，例如，异养硝化培养基可以包括但不限于以下物质：乙酸铵、naoh、kh2po4、mgso4、kcl、cuso4、znso4和fecl3。在本技术中，平板是指含有培养剂的培养皿。
39.梯度稀释法可以采用本领域已知的梯度稀释法，例如，梯度稀释法可以包括但不限于以下步骤：将富集培养后的污泥进行梯度稀释，例如，梯度稀释10倍至105倍。其中，梯度稀释10倍至105倍是指分别稀释10倍、102倍、103倍、104倍、105倍。
40.平板划线法可以采用本领域已知的平板划线法，例如，平板划线法可以包括但不限于以下步骤：将梯度稀释后的溶液用接种环在平板表面上划线并培养，重复多次，直至平板表面生长的菌落均匀一致。
41.将分离纯化得到的节杆菌ty2可以先在培养基中进行培养，然后进行发酵培养，条件如下：培养温度为30℃至35℃，培养ph为8至9，曝气量为1m3/h至3m3/h，搅拌速度为120r/min至250r/min。本技术对节杆菌ty2生长的培养基没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可。例如，培养剂包括但不限于以下物质：硫酸铵、丁二酸钠、微量元素溶液、水等，其中，硫酸铵、丁二酸钠和微量元素溶液的质量比为1∶10∶100至1∶20∶150。前述微量元素可以包括但不限于铁、碘、锌、硒中的至少一种。
42.本技术第二方面提供一种用于水处理的菌剂，其包括上述节杆菌ty2，保藏号为cgmcc no 1.18866。本技术提供的菌剂能够用于水体脱氮，去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮等，同时还能降低水体中的cod，实现对水体的净化。
43.在本技术的一种实施方案中，本技术提供的菌剂还可以包括芽孢杆菌属、酵母属、放线菌属、假单胞属中的至少一种。具体地，芽孢杆菌属可以包括但不限于胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌中的至少一种。酵母属可以包括但不限于酿酒酵母、啤酒酵母、葡萄汁酵母、红酵母中的至少一种。放线菌属可以包括但不限于弗氏链霉菌、生磺酸链霉菌、卡特利链霉菌中的至少一种。假单胞属可以包括但不限于血色红假单胞菌、球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌中的至少一种。例如，菌剂包括节杆菌ty2和其它菌属，且节杆菌ty2与其它菌属的质量比为1∶1至5∶1。其中，其它菌属是指上述芽孢杆菌属、酵母属、放线菌属、假单胞属中的至少一种。
44.在本技术的一种实施方案中，本技术提供的菌剂还可包括载体，本技术对载体的种类没有特别限制，只要能实现本技术的目的既可。例如，载体可是但不限于固体载体或液体载体。优选地，固体载体可是但不限于矿物材料、植物材料或高分子化合物等，具体地，矿物材料包括粘土、滑石、高岭土、蒙脱石、白碳、沸石、硅石、硅藻土、火山岩、魔架、砾石、陶粒中的至少一种；植物材料包括玉米粉、豆粉、淀粉中的至少一种；高分子化合物包括聚乙烯醇和/或聚二醇。优选地，液体载体可是但不限于植物油、矿物油或水等。
45.在本技术的一种实施方案中，本技术提供的菌剂还可包括表面活性剂、粘合剂、稳定剂、ph调节剂等。本技术对表面活性剂、粘合剂、稳定剂、ph调节剂没有特别限制，可以选择本领域已知的表面活性剂、粘合剂、稳定剂、ph调节剂，只要能实现本技术的目的即可。
46.本技术对前述菌剂的制备方法没有特别限制，可以采用本领域已知的菌剂制备方
法，只要能实现本技术的目的即可。例如，菌剂的制备方法可以是但不限于液体发酵培养、固体发酵培养或半固体发酵培养。
47.本技术第三方面提供一种前述菌剂用于水处理的用途。
48.具体地，节杆菌ty2或本技术的提供的菌剂在水处理时可以用于水体脱氮和/或降低水体中的化学需氧量。其中，水体脱氮包括去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮中的至少一种。菌剂在用于水处理时的形式可以是但不局限于液态、固体粉末、颗粒等。
49.节杆菌ty2和本技术提供的菌剂用于水处理的形式不限，例如采用人工湿、通过承载设备或直接投加的方式进行水处理。本技术对承载设备没有特别限制，只要能承载节杆菌ty2或含节杆菌ty2的菌剂即可，例如，。可以是专利号为zl202021371784.6中的一体化原位修复设备、专利号为zl201920100813.6中的一种黑臭水体处理装置、专利号为zl201830642433.6中的太阳能动力型微生物设备、专利号为zl201830642431.7中的微生物激活设备等中的一种。
50.本技术第四方面提供一种采用节杆菌ty2进行水处理的方法，节杆菌ty2的使用浓度为105cfu/l至108cfu/l，节杆菌ty2的保藏编号为cgmcc no1.18866。当节杆菌ty2的使用浓度过小时(例如小于105cfu/l)，水处理效果差；当节杆菌ty2的使用浓度过大时(例如大于108cfu/l)，节杆菌ty2的利用率低。cfu/l是指每升样品中含有的细菌菌落总数。
51.本技术第五方面提供一种采用前述菌剂进行水处理的方法，其中，以所述节杆菌ty2记，使用量为1g/m3至20g/m3，优选为4g/m3至20g/m3。当节杆菌ty2的使用量过小时(例如小于1g/m3)，水处理效果差；当节杆菌ty2的使用量过大时(例如大于20g/m3)，菌剂的利用率低。例如，水处理的形式为人工湿地，以节杆菌ty2记，使用量为5g/m3。水处理的形式为直接投加，以节杆菌ty2记，使用量为5g/l。
52.实施例1
53.节杆菌ty2的培养及发酵：
54.将节杆菌ty2接种至培养基中进行发酵培养，发酵培养条件如下：发酵温度为30℃，曝气量为2m3/h，ph为8至9，搅拌速度为160r/min，培养48h，培养液中节杆菌ty2的浓度为108cfu/ml。其中，节杆菌ty2的培养基为：硫酸铵：0.47g；丁二酸钠：5.62g；微量元素溶液50ml；溶解后加水定容至1l。其中，每升微量元素溶液中包含5.0g的k2hpo4、2.5g的mgso4·
7h2o、2.5g的nacl、0.05g的feso4·
7h2o、0.05g的mnso4·
4h2o。
55.节杆菌ty2的鉴定：
56.1、16s rdna序列同源性鉴定
57.采用碱变性法提取节杆菌ty2的dna，采用16s通用引物(如表1所示)进行16s菌保守序列pcr扩增，扩增条件如表2所示。pcr扩增产物通过1％琼脂糖凝胶电泳检测产量和特异性，并用dna纯化试剂盒纯化，纯化后的pcr产物外送生工生物工程股份有限公司做上、下游测序并将双向结果拼接后得到dna序列。与genbank上的系列进行比对，可以确定节杆菌ty2为节杆菌。
58.表1 pcr扩增引物
[0059][0060]
表2 pcr循环条件
[0061][0062]
2、形态学鉴定
[0063]
对于处于对数生长期的节杆菌ty2，经涂片染色后采用光学显微镜观察菌体的形态。并对处于对数生长期且菌落大小稳定的菌落状态进行观察，主要包括菌落的大小、颜色、透明度、湿润度、菌落表面状态、菌落边缘状态等。
[0064]
节杆菌ty2的形态如下：呈不规则的杆状或球状，(0.8～1.2)μm
×
(1.3～6.0)μm。呈v形排列端圆，但没有丝状体，无芽孢。单个、成对排列，不规则的堆状，无鞭毛。
[0065]
节杆菌ty2的菌落的形态如下：菌落呈圆形，淡黄不透明，表面光滑，无晕环，无凸起，直径为0.8mm至1mm。
[0066]
3、革兰氏染色
[0067]
节杆菌ty2经革兰氏染色，结果如图1所示，从革兰氏染色结果可以看出，ty2革兰氏染色镜检为紫色，判断节杆菌ty2为革兰氏阳性菌。
[0068]
实施例2
[0069]
节杆菌ty2水处理测试：
[0070]
将实施例1中含有节杆菌ty2的培养液和水样以体积比为1:100进行混合，根据国家标准gb11894-1989《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》进行脱氮性能测试，包括总氮(tn)、氨氮(nh
4-n)、硝氮(no
3-n)和亚硝氮(no
2-n)；根据国家标准hj828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》进行降低cod测试；采用分光光度计检测水样的光密度(od600)。其中，水样的初始的总氮为77.61mg/l，氨氮为57.46mg/l，硝氮为1.45mg/l，亚硝氮为0.49mg/l，初始cod为201mg/l，初始光密度为0.093。od600是指溶液在600nm波长处的吸光值。测试结果如表3所示，根据表3的结果对od600、nh
4-n浓度、tn浓度、no
3-n浓
度、no
2-n浓度和cod随时间变化情况作图，如图2至图7所示。
[0071]
表3节杆菌ty2水处理测试结果
[0072][0073]
如图2所示，节杆菌ty2经过后8h的迟缓期就进入指数期，说明节杆菌ty2的迟缓期较短。水体的od600逐渐增大，说明菌体发生繁殖，在32h时达到最大值，为0.801，随着反应进行，od600的值出现一定程度的降低，不限于任何理论，可能是节杆菌ty2自溶释放nh
4-n所导致。
[0074]
如图3所示，节杆菌ty2对水体中nh
4-n的降解在8-24h期间速率最快，降解速率为3.2mg/l。不限于任何理论，这可能是由于最开始节杆菌ty2的生长消耗了部分氨氮所致。同时，在24h时，nh
4-n的降解率为91.6％；在40h时，nh
4-n的降解率达到95.8％。随着反应的进行，40h至48h的nh
4-n量稍有升高，可能是有少量的氨氮生成所致。
[0075]
如图4所示，在24h时，tn的降解率已达79.7％。同时，如图5和图6所示，在降解过程中，中间产物no
3-n和no
2-n虽有少量的积累，但又被快速降解，从而tn的去除效率基本与nh
4-n一致。
[0076]
如图7所示，水体中的cod值随着处理时间延长在逐步减小，且节杆菌ty2对cod的降解速率随着时间推移变化不大。在48h时，对cod的去除率已达到82.1％，说明节杆菌ty2能够有效降低水体中的cod值。
[0077]
发明人发现，本技术提供的菌剂能够有效对水体进行脱氮，不限于任何理论，可能的原因如下：培养液中硝酸盐被硝酸还原酶(nar)还原成no
2-，no
2-被亚硝酸还原酶(nir)还原成no，然后在其它酶的作用下，最终变成n2逸出。氨氮在相关酶的作用下转变成羟胺，羟胺在羟胺氧化酶(hao)作用下进一步氧化为no
2-，no
2-进而被nir还原成no，最终变成n2逸出，脱氮过程如图8所示。可以看出，水体中的氮元素最终以n2的形式逸出，从而实现对水体的有效脱氮处理。
[0078]
综上，节杆菌ty2能够用于水体脱氮，去除水体中的氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮，同时还能降低水体中的cod，实现对水体的净化。
[0079]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的方法或者物品不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种方法或者物品所固有的要素。
[0080]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
[0081]
以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。