申請日2014.01.13
公開(公告)日2014.04.09
IPC分類號C12N1/14; C12N11/14; C02F101/34; C12R1/79; C02F3/34
摘要
本發(fā)明屬于微生物及應(yīng)用，特別是指一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。將宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471或?qū)⒐潭ㄓ型鹗蠑M青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛;所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。本發(fā)明解決了現(xiàn)有微生物降解的甲醛濃度低等問題，具有微生物降解甲醛能力高、遺傳性好、可通過菌體固定和循環(huán)處理降解高濃度含甲醛的工業(yè)廢水等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種宛氏擬青霉菌F1-23，其特征在于其保藏編號為CCTCC No.M2013471。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宛氏擬青霉菌F1-23，其特征在于宛氏擬青霉 菌F1-23CCTCC No.M2013471的固體培養(yǎng)基采用如下單位質(zhì)量的組分組成：
葡萄糖10-30;牛肉膏2-4;KCl0.5;MgSO4·7H2O1;FeSO4·7H2O0.1; 瓊脂18-20;水1000;pH=7.2-7.5;
宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的液體培養(yǎng)基采用如下單位質(zhì) 量份數(shù)的組分組成：
葡萄糖10-30;牛肉膏2-4;KCl0.5;MgSO4·7H2O1;FeSO4·7H2O0.1; 水1000;pH=7.2-7.5。
3.利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法，其特征在于將 宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471或?qū)⒐潭ㄓ型鹗蠑M青霉菌F1-23 CCTCC No.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸 后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛;所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水 的方法其特征在于所述的含甲醛工業(yè)廢水進(jìn)行降解甲醛處理前，還包括一預(yù) 處理步驟，該預(yù)處理步驟用于降低工業(yè)廢水中的COD、BOD及金屬離子的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水 的方法其特征在于所述的預(yù)處理步驟包括如下步驟：
A、采集活性污泥
從污水處理廠采集活性污泥;
B、混合振蕩培養(yǎng)
將活性污泥與含甲醛的工業(yè)廢水混合，進(jìn)行振蕩培養(yǎng);
C、靜置沉降
將步驟B中振蕩培養(yǎng)后的產(chǎn)物靜置沉降，將沉淀物回收再利用，上清液 用于甲醛的降解處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水 的方法其特征在于所述的載體是指對宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471 的菌體具有吸附能力的多孔性材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè) 廢水的方法其特征在于所述的載體選自中空纖維、高嶺土、多孔玻璃、活性 炭、硅膠中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水 的方法其特征在于所述的宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471在載體上 的固定包括如下步驟：
a、將載體置于含有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的液體培養(yǎng) 基中進(jìn)行培養(yǎng);
b、宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471吸附于載體上完成菌體的固 定化。
說明書
一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微生物及應(yīng)用，特別是指一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。
背景技術(shù)
甲醛(HCHO)，常溫下為具有刺激性和窒息性的無色氣體，商品為其水溶液，世界上產(chǎn)量最高的十種化學(xué)品之一。其水溶液在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、生物學(xué)和醫(yī)藥中普遍用作消毒、防腐和熏蒸劑。甲醛對人體有害，主要是因?yàn)榧兹┛梢院腿梭w中的蛋白質(zhì)結(jié)合，改變蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并使其凝固，因而具有殺傷力。目前，除甲醛的方法主要有化學(xué)反應(yīng)方法、物理吸附技術(shù)、臭氧負(fù)離子技術(shù)、納米光催化技術(shù)、等離子技術(shù)等;這些方法都存在降解不徹底、降解時間長、成本高等缺點(diǎn)(Saeed M.,2005.World Journal of Microbiology and Biotechnology.21:1299-1301.)微生物法則以生態(tài)環(huán)境中的有益菌為材料降解甲醛，成本低，效果好，而且無二次污染。
本世紀(jì)初，采用微生物降解甲醛就日益受到廣泛的關(guān)注。在微生物中廣泛存在著一條甲醛氧化途徑(Barber RD.,1998.Journal of Molecular Biology.280(5):775-784.)，作用于這條途徑的關(guān)鍵酶甲醛脫氫酶(formaldehyde dehydrogenase,FADH,EC1.2.1.1)是中等鋅鏈醇脫氫酶家族中的一個，存在于絕大多數(shù)原核以及所有的真核微生物中(Barber RD.,1996.Journal of Bacteriology.178(5):1386-1393.)。對于微生物的甲醛解毒具有重要作用，也是目前研究微生物降解甲醛的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。目前已有報道的甲醛降解菌大部分為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)(Saeed M.,2005.World Journal of Microbiology and Biotechnology.21:1299-1301;Adroer N.,1990.Applied Microbiology and Biotechnology.33:217-220;謝文娟,等.2011.微生物學(xué)通報.38(11):1626-1631;徐云等.2010.環(huán)境科學(xué).31(10):2481-2486;李章良等.2011.環(huán)境工程學(xué)報.5(11):2547-2551.)，這些微生物所能降解的濃度較低，一般為0.1-0.8g/L，而工業(yè)廢水的甲醛濃 度含量一般為3g/L，這就需要選育耐受濃度更高、降解能力更強(qiáng)的菌株。
傳統(tǒng)的微生物人工選育方法有誘變育種、雜交育種(包括原生質(zhì)體融合)和基因工程育種。其中誘變育種最為廣泛，是采用物理或化學(xué)因素處理微生物細(xì)胞群體，促使其中少數(shù)細(xì)胞中的遺傳物(DNA)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引起微生物遺傳性狀發(fā)生改變，然后從群體中篩選出優(yōu)良突變株的過程。通過現(xiàn)有的育種方法已經(jīng)獲得部分降解高濃度甲醛的突變株，而這些方法仍將成為菌種選育的重要策略。
目前，報道較多的是甲醛廢水可通過需氧(Hidalgo A.，2002.Applied Microbiology and Biotechnology.58(2):260-263.)或厭氧方式(Mingbo QU.,1997.Biotechnology and Bioengineering.55(5-6):727-736;Omil F.,1991.Enzyme Microbiol.24(5-6):255-262.)進(jìn)行生物降解，主要采用活性污泥對甲醛廢水進(jìn)行處理(王志海等,2009.中國給水排水.25(1)：55-57;徐仲均等.2008.環(huán)境工程學(xué)報.2(9):1174-1176;Eiroa M.,2005.Bioresource Technology.96(17):1914-1918.)，而關(guān)于應(yīng)用微生物固定化技術(shù)降解甲醛廢水的報道幾乎沒有。用微生物固定化技術(shù)處理污水與其他治理技術(shù)相比，具有提高污染物的去除效率，減輕后續(xù)污泥處置的負(fù)擔(dān)，有利于沉淀過程的泥水分離，對有毒物質(zhì)的承受能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。因此，微生物固定化技術(shù)已成為國內(nèi)外廢水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)(王里奧等,2004.重慶大學(xué)學(xué)報.27(3):125-129;張蕾等,2009.湖北第二師范學(xué)院學(xué)報.26(2):39-42.)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種宛氏擬青霉菌F1-23。
本發(fā)明的目的之二是提供利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。
本發(fā)明的整體技術(shù)構(gòu)思是：
一種宛氏擬青霉菌F1-23(paecilomyces variotii F1-23)，其保藏編號為CCTCC No.M2013471。
利用宛氏擬青霉菌處理含甲醛工業(yè)廢水的方法，將宛氏擬青霉菌F1-23 CCTCC No.M2013471或?qū)⒐潭ㄓ型鹗蠑M青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛;所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。
甲醛濃度過高，也會抑制宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的降解性能，因此甲醛溶液的濃度不能高于6.0g/L。
上述微生物已于2013年10月13日提交中國典型培養(yǎng)物保藏中心(簡稱CCTCC)保藏，其保藏編號為CCTCC No.M2013471，該保藏單位的地址位于湖北省武漢市武漢大學(xué)內(nèi)。
上述微生物的形態(tài)特征為：化能異養(yǎng);嗜溫;趨酸。25℃培養(yǎng)5d，菌落平薄，粗糙，稍呈顆粒狀;外緣為白色，內(nèi)部為棕黑色;干燥無滲出液，表面有不規(guī)則的輻射皺折溝紋。菌絲中沒有橫隔膜;孢囊孢子(4-5)×(2-3)μm，橢圓形，呈囊狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的具體技術(shù)構(gòu)思還有：
宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的固體培養(yǎng)基采用如下單位質(zhì)量的組分組成：
葡萄糖10-30;牛肉膏2-4;KCl0.5;MgSO4·7H2O1;FeSO4·7H2O0.1;瓊脂18-20;水1000;pH=7.2-7.5;
宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的液體培養(yǎng)基采用如下單位質(zhì)量份數(shù)的組分組成：
葡萄糖10-30;牛肉膏2-4;KCl0.5;MgSO4·7H2O1;FeSO4·7H2O0.1;水1000;pH=7.2-7.5。
所述的含甲醛工業(yè)廢水進(jìn)行降解甲醛處理前，還包括一預(yù)處理步驟，該預(yù)處理步驟用于降低工業(yè)廢水中的COD、BOD及金屬離子的濃度。
所述的含甲醛工業(yè)廢水的預(yù)處理可以采用多種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，考慮到應(yīng)用和時間的成本，并且經(jīng)活性污泥處理后的廢水對宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的影響不大，預(yù)處理步驟優(yōu)選采用如下工藝實(shí)現(xiàn)：
A、采集活性污泥
從污水處理廠采集活性污泥;
B、混合振蕩培養(yǎng)
將活性污泥與含甲醛的工業(yè)廢水混合，進(jìn)行振蕩培養(yǎng);
C、靜置沉降
將步驟B中振蕩培養(yǎng)后的產(chǎn)物靜置沉降，將沉淀物回收再利用，上清液用于甲醛的降解處理。
所述的載體是指對宛氏擬青霉菌CCTCC No.M2013471的菌體具有高度吸附能力的多孔性材質(zhì)。所述的載體優(yōu)選采用但不局限于中空纖維、高嶺土、多孔玻璃、活性炭、硅膠。
所述的宛氏擬青霉菌CCTCC No.M2013471在載體上的固定包括如下步驟：
a、將載體置于含有宛氏擬青霉菌CCTCC No.M2013471的液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng);
b、宛氏擬青霉菌CCTCC No.M2013471吸附于載體上完成菌體的固定化。
降解甲醛能力的測定方法如下，利用此方法作為篩選宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471的評價基礎(chǔ)。
甲醛的測定，甲醛在pH=5.5-7.0條件下與乙酰丙酮及銨離子反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，在波長414nm有吸收峰，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。
(1)硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的標(biāo)定(用無水碳酸鈉標(biāo)定法)：配置0.5mol/L的硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液時，取98%的濃硫酸72ml，沿盛有蒸餾水的燒杯壁緩慢注入水中;待溶液溫度降至室溫，再加蒸餾水定容至1L，搖勻。標(biāo)定濃度時，稱取經(jīng)60℃烘至恒重的基準(zhǔn)無水碳酸鈉1.1g，置250ml碘量瓶中，加蒸餾水50ml使溶解。加甲基紅-溴甲酚綠混合指示液1-2滴，用配制的硫酸滴定液滴定。待溶液由綠色變?yōu)樽霞t色時，煮沸2min。冷卻至室溫，繼續(xù)滴定至溶液由綠色變?yōu)榘底仙珪r，記錄硫酸滴定液的用量。取三次平行測定結(jié)果的平均值為最終結(jié)果，平行樣間的誤差不得大于0.1%。
以摩爾質(zhì)量表示的硫酸滴定液濃度c，按下式計算：
c(mol/L)=m/(0.1060×γ)
式中：m——無水碳酸鈉質(zhì)量，g;
γ——硫酸滴定液體積，ml;
0.1060——1mol/L硫酸滴定液1ml相當(dāng)于0.1060g無水碳酸鈉。
(2)甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定：甲醛與過量的中性亞硫酸鈉溶液反應(yīng)，生成氫氧化鈉，以百里香酚酞作為指示劑，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液滴定。測定時，與250ml錐形瓶中加入50ml亞硫酸鈉溶液及2-3滴百里香酚酞指示液，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液中和至藍(lán)色剛剛消失。用減量法稱取1.3-1.5g甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，精確至0.0002g，放入上述錐形瓶中，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液中和至藍(lán)色剛剛消失為終點(diǎn)。取三次平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果。三次平行測定結(jié)果的誤差不得高于0.1%。
以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示甲醛含量x按下式計算：
x=γ×c×2×100×0.3003/m=γ×c×6.006/m
式中：γ——滴定消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，ml;
C——硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的試劑濃度，mol/L;
m——試樣的質(zhì)量，g;
0.03003——與1.00ml硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[c(1/2H2SO4)=1.000mol/L]相當(dāng)?shù)募兹┵|(zhì)量(g)。
(3)甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定：取干凈試管6支，取0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25ml上述甲醛標(biāo)準(zhǔn)液于試管中，補(bǔ)加蒸餾水至5ml，添加乙酰丙酮1ml，55℃水浴中煮沸15min，反應(yīng)時間需嚴(yán)格控制。以空白管校正零點(diǎn)，于414nm處測定吸光值A(chǔ)，以濃度為橫坐標(biāo)，A值為縱坐標(biāo)，繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線。
檢測菌種時，將斜面菌體接入裝有50ml實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)基的250ml錐形瓶中，28℃、180rpm培養(yǎng)5d。發(fā)酵液過濾，濾液根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測定剩余甲醛含量即可。
本發(fā)明所取得的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步在于：
1、本發(fā)明中的宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471在甲醛耐受性和降解能力上均有提高，分為提高了22.2%和23.8%，遺傳穩(wěn)定性優(yōu)良。
2、本發(fā)明采用具備較強(qiáng)吸附能力的載體固定中空纖維固定宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC No.M2013471，能在短時間內(nèi)(2h)降解甲醛(3.725g/L)，這一濃度高于常見工業(yè)廢水的甲醛含量(3%)。對于高濃度甲醛含量的工業(yè)廢水， 可以通過循環(huán)處理的方式解決。
3、另外，本發(fā)明運(yùn)用微生物降解作為降解甲醛主要方式，在運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生二次污染，能夠重復(fù)利用，節(jié)約生產(chǎn)成本，有利于規(guī)模化擴(kuò)大。
本發(fā)明中所描述的已于2013年10月13日提交中國典型培養(yǎng)物保藏中心(簡稱CCTCC)保藏，其保藏編號為CCTCC No.M2013471。
