[发明专利]一株同时具有反硝化和铁还原功能的脱氮副球菌及其培养方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境生物技术领域，具体涉及一株具有异养反硝化、自养反硝化（铁自养反硝化和硫自养反硝化）和铁还原功能的脱氮副球菌ZGL1及其培养方法和应用。

背景技术

近些年来，我国在大气污染控制方面取得显著的成绩，总颗粒物的排放量得到基本控制，SO₂的排放量有所下降，但氮氧化物（NO_X）的排放量居高不下，并且随着我国经济的持续发展和能源消费的增长而有上升的趋势。“十一五”期间，随着NO_X污染的不断加剧，我国经济发展和人们生活受到了严重的影响。因此，国家在“十二五”期间加大对NO_X排放的控制力度，明确将NO_X作为我国国民经济发展的约束性指标并确定了10%的减排目标。目前，脱除烟气中的NO_X技术的开发已经成为大气污染控制领域的重要内容。另外，大量的含氮废水的排放已经成为环境领域的又一威胁，含氮废水排放到水体内会引起水体富营养化，产生水华、赤潮等现象，将严重污染受纳水体且危害人体健康。因此，含氮废水的治理也是目前我国水污染防治中的重大问题。

相比于传统的化学脱硝，生物脱硝技术由于其具有运行成本小、无二次污染和处理效果好等优势，成为脱硝技术的发展趋势。在实际产生的烟气中，95%的NO_X为NO，而NO在水中的溶解度很低，从而大大增加了气液传质阻力，导致直接生物法的去除效果较低。专利CN 1090985C提出了一种净化NO_X的方法，即利用化学吸收-生物还原相结合的方法（BioDeNO_X）来处理烟气中的NO，该方法利用络合吸收剂Fe(II)EDTA吸收NO，进而通过微生物作用可以使Fe(II)EDTA-NO转化为N₂，同时由于烟气中存在的氧气易将Fe(II)EDTA氧化成Fe(III)EDTA从而失去对NO的络合能力，需要再生络合吸收剂Fe(II)EDTA。在此基础上，Rajkumari Kumaraswamy等利用菌株KT-1，属于Bacillus azotoformans，能够还原Fe(II)EDTA-NO，并通过三价铁还原菌Deferribacteres再生Fe(II)EDTA（Kumaraswamy R et al, 2005）。张士汉等利用自己筛选的菌株Pseudomonas sp. DN-2不仅能够还原Fe(II)EDTA-NO，还能够还原三价铁，但该菌还原三价铁的效果不是很好（Zhang SH et al, 2007）。对于用Fe(II)EDTA络合脱硝而言，经济、有效的吸收液再生方法还没有找到，这是阻碍该技术应用的重要原因。因此寻找一种能同时高效还原Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA的细菌具有重大意义。

对于含氮废水的治理，生物脱氮技术由于其快速安全而备受青睐。传统反硝化作为生物脱氮的主要技术之一，是指反硝化细菌利用有机物作为电子供体并提供能量来还原硝酸盐。但在处理低C/N的污水中，需投加大量额外有机物来满足工艺需求，这会导致运行费用的增加。基于此，前人提出了自养反硝化的思路，即自养反硝化细菌可利用无机物作为电子供体来还原硝酸盐。相比于异养反硝化，自养反硝化由于具备以下三大优势：（1）不会存在因有机物残留导致的二次污染问题；（2）由于不需额外提供有机物，降低了成本；（3）自养菌生长速率比较缓慢，污泥产量少，降低了出水中的微生物风险。硫自养反硝化是目前研究较为广泛的自养反硝化过程，它利用硫自养反硝化细菌，在厌氧条件下利用还原态硫（S^2-，S⁰，S₂O₃^2-等）作为电子供体，并通过其获取能量，同时以硝酸盐作为电子受体，将其还原为氮气（Chen C et al, 2008; Sahinkaya E et al, 2011）。铁自养反硝化也是最近发现的微生物代谢形式，指铁自养反硝化细菌以Fe或Fe²⁺为唯一电子供体还原硝态氮（Berner RA and Petsch ST, 1998; Larese-Casanova P, 2010）。而还原态硫化合物在岩石圈和水圈中主要以黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿等硫铁矿化物形式存在，而这些硫铁矿化物尤其是黄铁矿是硫和铁在生物地球化学循环中主要的存储形式，由此可见，硫铁自养反硝化很有可能同步发生在同一体系中，找到一株同时具备硫自养反硝化和铁自养反硝化的细菌具有实际的应用价值。

发明内容