一種茹氏短芽孢桿菌及其構建方法和在處理高濃度氨氮污水中的應用
【專利說明】一種茹氏短芽孢桿菌及其構建方法和在處理高濃度氨氮污 水中的應用 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及表達外源基因的重組硝化細菌菌劑及其構建方法和在污水處理中的 應用，具體地說，涉及表達亞硝酸鹽還原酶的茹氏短芽孢桿菌。
【背景技術】
[0002] 本發(fā)明中提到的膜生物反應系統(tǒng)是流動的需氧的膜生物反應系統(tǒng)（fluidized bed membrance bioreactor，AFMBR)，苑氏短芽孢桿菌是在低溫條件下具有高效去除氨氮 的 Biodehiammtrogen 工程菌。
[0003] 生物脫氮法是現(xiàn)代工業(yè)污水處理中普遍采用的一種方法，其中由硝化細菌完成的 硝化反應是將氨氮從污水中去除最為關鍵的一步。自然狀況下的化能無機自養(yǎng)硝化細菌具 有生長速率低、生物量小和對環(huán)境因子敏感等生理特點，使得污水處理廠的脫氮效果很不 穩(wěn)定。
[0004] 目前，工業(yè)污水處理廣泛采用生物脫氮A/Ο氧系統(tǒng)，即廢水在好氧條件下，通過硝 化作用使氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，再在缺氧條件下，通過反硝化作用使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣釋放， 從而將氮從污水中去除?？梢娪上趸毦M行的硝化反應是將氨氮從污水中去除的第一 步，也是最為關鍵的一步。當污水在生物硝化池內(nèi)循環(huán)流動時，其中的氨氮復合物就被附著 在池內(nèi)生物膜上或懸浮于污水中的硝化細菌轉(zhuǎn)化成硝酸鹽而得以固定。
[0005] 污水除氮的第一步就是在亞硝化細菌的作用下將銨離子轉(zhuǎn)化為羥氨，這一步是氨 化作用的最關鍵一步，在這一步中，發(fā)揮催化作用的是氨單加氧酶。氨單加氧酶和羥胺氧 化酶就是異養(yǎng)硝化菌代謝過程中的關鍵酶AMO是胞內(nèi)酶，AMO主要催化NH3氧化形成羥胺 (NH 2OH)，羥胺氧化酶則負責催化上一步的NH2OH轉(zhuǎn)化為NO2'至今國內(nèi)外還沒有通過基因 克隆的方法得到異養(yǎng)硝化菌氨單加氧酶基因的全基因序列.含銅，對硫脲等金屬螯合劑敏 感。
[0006] 目前，全球淡水資源短缺，水環(huán)境的質(zhì)量持續(xù)惡化，污水回用是解決水資源危機， 滿足日益嚴格的水環(huán)境要求的有效方法。膜分離技術在水處理過程中具有高效、節(jié)能、環(huán) 保以及過程簡單、易于控制等特性，得到了廣泛的應用與發(fā)展，隨著科學技術如新月異的發(fā) 展，膜生物反應器（Membrane Bioreactor，MBR)越來越廣泛地應用于污水處理中，到2011 年底，全世界投入運行及在建的MBR系統(tǒng)已超過15000套。
[0007] MBR可以達到與活性污泥系統(tǒng)相似的處理目標，例如有機物的去除。硝化、反硝化 以及化學或者生物除磷。作為摸分離技術與生物技術有機結合的污水處理新工藝，MBR由于 其出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定，裝置占地面積小等顯著優(yōu)點，使其在城市污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾 液的處理和回用方面表現(xiàn)出良好的競爭力，并在全球范圍受到高度重視，是公認的21世紀 最具有吸引力和競爭力的污水處理與回用技術。我國對MBR的應用與研宄起步相對較晚， 但是發(fā)展很快。本設計使用MBR/活性污泥混合系統(tǒng)結合基因工程菌增強對污水的處理的 效果。
[0008] 綜上所述，通過本發(fā)明構建的茹氏短芽孢桿菌使MBR/活性污泥混合系統(tǒng)增強了 高濃度氨氮污水的處理效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種茹氏短芽孢桿菌及其構建方法和在處理 高濃度氨氮污水處理中的應用。具體技術方案如下：
[0010] 一種苑氏短芽孢桿菌，所述苑氏短芽孢桿菌是Biodeammonianitrogen工程菌，拉 丁文學名為Brevibacillus reuszeri，命名為Biodehiammonia菌株；保藏單位：中國微生 物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地點：北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號中國 科學院微生物研宄所，保藏時間：2014年12月29日，保藏編號CGMCC No. 10254。
[0011] 所述茹氏短芽孢桿菌中轉(zhuǎn)化的外源基因的核苷酸序列如序列編號1所示。
[0012] 所述苑氏短芽孢桿菌的氨單加氧酶基因 （ammonia monooxygenase，簡稱ΑΜ0)的 氨基酸序列如序列編號2所示。
[0013] 所述茹氏短芽孢桿菌的氨單加氧酶基因前帶有分泌型信號肽，其中信號肽的氨基 酸序列如編號3所示。
[0014] 上述任一所述的茹氏短芽孢桿菌的構建方法，包括如下步驟：
[0015] (1)利用細菌分離技術分離具有氨氮去除效果的硝化細菌基因組；
[0016] (2)利用PCR技術克隆氨單加氧酶基因，與pSM6載體連接后重組至硝化細菌基因 組特定位點中；
[0017] (3)利用基因工程技術篩選出表達氨單加氧酶基因的硝化細菌；
[0018] (4)在高濃度氨氮條件下馴化可高效處理氨氮的基因工程菌，得到高濃度氨氮硝 化工程菌；
[0019] (5)利用發(fā)酵技術將所述高濃度氨氮硝化工程菌進行擴增，得到所述茹氏短芽孢 桿菌。
[0020] 上述任一所述的茹氏短芽孢桿菌的應用，將膜生物反應系統(tǒng)與所述茹氏短芽孢桿 菌聯(lián)合，在不同條件下去除污水中的高濃度氨氮；
[0021] 所述膜生物反應系統(tǒng)為流動的需氧膜生物反應系統(tǒng)，膜的材質(zhì)為樹脂；
[0022] 所述高濃度氨氮在所述污水中的氨氮含量是2000?5000mg/L。
[0023] 所述污水中COD的去除率為97. 22?99. 72%。
[0024] 所述污水中氨氮去除率為97. 88?99. 84%。
[0025] 所述污水包括生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液。
[0026] 本發(fā)明通過應用基因工程操作技術，獲得了高效去除氨氮的硝化細菌，即上述茹 氏短芽孢桿菌。實驗表明表達外源基因重組到細菌基因組中，沒有影響硝化細菌的增值。高 濃度氨氮污水處理實驗研宄結果表明，本發(fā)明的硝化細菌可以有效去除工業(yè)廢水、垃圾滲 濾液中的高濃度氨氮，達到國家要求標準，說明其可作為理想高濃度氨氮去除菌劑。
【附圖說明】
[0027] 圖1是重組載體構建圖、重組基因檢測、表達以及硝化細菌的生長曲線圖；其中，A 為重組載體構建、重組基因檢測、表達圖，B-E為硝化細菌生長曲線圖；<