反硝化型甲烷厭氧氧化微生物的富集培養(yǎng)研究.pdf

1、反硝化型甲烷厭氧氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation，DAMO)是一種新發(fā)現(xiàn)的微生物反應(yīng)，催化該過程的微生物——NC10門細(xì)菌，能夠耦聯(lián)甲烷的厭氧氧化和NO3-/NO2-的還原。DAMO過程連接了碳素循環(huán)和氮素循環(huán)，豐富了生物地球化學(xué)循環(huán)途徑;NC10門細(xì)菌形態(tài)特殊，并且具有獨(dú)特的代謝途徑，擴(kuò)充了微生物學(xué)內(nèi)容;DAMO作用能同時(shí)去除甲烷與NO3-/NO2-兩種污染物，是環(huán)境工程領(lǐng)域新型除

2、碳脫氮工藝開發(fā)的理想選擇。然而，NC10門細(xì)菌生長極其緩慢，要獲得DAMO富集培養(yǎng)物十分困難。接種物、培養(yǎng)基和反應(yīng)器構(gòu)型是微生物富集培養(yǎng)的三個(gè)關(guān)鍵因素，本論文分別從這三個(gè)方面入手，對DAMO微生物的富集培養(yǎng)進(jìn)行了優(yōu)化研究，主要結(jié)論如下:
　　 1)比較了不同接種物富集培養(yǎng)DAMO微生物的差異，明確了DAMO微生物富集培養(yǎng)的最優(yōu)接種物。
　　 ①測試了厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥、農(nóng)田水稻土壤和淡水河道沉積物作為接種物的可行性，比較

3、了富集培養(yǎng)過程中NC10門細(xì)菌數(shù)量的變化和DAMO活性的差異，其中富集結(jié)束時(shí)NC10門細(xì)菌的數(shù)量分別較接種物增加了63倍、2909倍和198倍，獲得的富集培養(yǎng)物的DAMO活性分別為0.06mgN·g-1VSS·h-1、0.15mgN·g-1VSS·h-1和0.11mgN·g-1VSS·h-1，表明了三種接種物經(jīng)富集均可獲得DAMO富集培養(yǎng)物，均適宜作為DAMO微生物富集培養(yǎng)的接種物，擴(kuò)大了DAMO接種物的來源，為DAMO富集培養(yǎng)物的獲得

4、提供了新的選擇。
　　 ②首次利用農(nóng)田水稻土壤作為接種物成功獲得了DAMO富集培養(yǎng)物，活性實(shí)驗(yàn)及分子生物學(xué)分析結(jié)果均表明農(nóng)田水稻土壤是三者中最優(yōu)接種物。
　　 2)比較了天然培養(yǎng)基與人工培養(yǎng)基在DAMO微生物富集培養(yǎng)效果上的差異，得出了DAMO微生物富集培養(yǎng)的最優(yōu)培養(yǎng)基。
　　 ①比較了天然培養(yǎng)基與人工培養(yǎng)基富集培養(yǎng)DAMO微生物的差異，獲得的富集培養(yǎng)物的DAMO活性分別為0.02mgN·g-1VSS·h-1和0

5、.11mgN·g-1VSS·h-1，人工培養(yǎng)基是天然培養(yǎng)基的5.5倍;NC10門細(xì)菌的數(shù)量分別為1.01×108copies·g-1(drysoil)和2.01×108copies·g-1(drysoil)，后者是前者的兩倍，從而表明了以農(nóng)田水稻土壤作為接種物，人工培養(yǎng)基較天然培養(yǎng)基的富集培養(yǎng)效果更好。
　　 ②采用農(nóng)田水稻土壤作為接種物，以人工培養(yǎng)基培養(yǎng)成功富集到了以groupB的NC10細(xì)菌為主導(dǎo)的DAMO富集培養(yǎng)物，首次證

6、明了歸屬于groupB的NC10細(xì)菌同樣具有DAMO活性。
　　 3)比較了不同構(gòu)型反應(yīng)器富集培養(yǎng)DAMO微生物的能力，得出了DAMO微生物富集培養(yǎng)的最優(yōu)反應(yīng)器構(gòu)型。
　　 ①比較了三種不同構(gòu)型的反應(yīng)器，即磁攪氣升式反應(yīng)器(Magnetic stirred air lift reactor,MSALR)、生物膜反應(yīng)器(Biofilm reactor,BR)和序批式反應(yīng)器(Sequencing batch reactor,

7、SBR)富集培養(yǎng)DAMO微生物的差異。經(jīng)過近一個(gè)月的富集培養(yǎng)，三者的容積氮去除速率分別提高了827.10％、302.92％和154.09％，DAMO活性分別為0.52mgN·g-1VSS·h-1，0.23mgN·g-1VSS·h-1和0.26mgN·g-1VSS·h-1，表明了三種構(gòu)型裝置均具有提高DAMO活性的功能，均能夠作為DAMO微生物的富集培養(yǎng)裝置。
　　 ②MSALR具有最高的容積氮去除速率和最大的DAMO活性，因此是