[发明专利]一种厌氧条件下富集培养丙酸氧化菌及其互营共生菌群的方法

说明书

本发明公开了一种厌氧条件下富集培养丙酸氧化菌及其互营共生菌群的方法。该方法在抑制产甲烷代谢下，通过酸化、投加硝酸盐并控制基质中COD/NO₃^‑‑N值连续培养，富集以互营杆菌属和史密斯氏菌属为主要丙酸氧化菌，以氢营养型产甲烷菌群和反硝化菌群为主要互营共生菌群，伴随以丙酸和氢为物质基础的代谢菌群结构的优势菌群。本发明的富集培养方法将反硝化代谢过程部分引入传统厌氧生物处理过程中，形成以丙酸和氢为物质来源的优势菌群，培养得到的菌群结构稳定，对丙酸降解速率快，降解效率高，在短时期内可实现丙酸高速及高效降解，培养过程可重复性强。

技术领域

本发明涉及废水生物处理与回用中的菌群培养领域，具体涉及一种厌氧条件下富集培养丙酸氧化菌及其互营共生菌群的方法。

技术背景

有机物厌氧生物代谢产甲烷过程，主要是通过不同类型微生物菌群协同作用将大分子有机物质降解为挥发性脂肪酸等中间产物，并最终转化为CH₄、CO₂和H₂O等物质。其中丙酸是此过程中重要的中间代谢产物，有研究表明，体系中甲烷产量中大约有35％以上是由丙酸转化而来的。然而丙酸不能被产甲烷菌群直接代谢，需要先转化为乙酸而后被利用，此过程受热动力学限制(ΔG⁰0)，反应不能自发进行，需其他耗氢菌群配合形成互营共生体。然而受限于“代谢链”前段的发酵产酸细菌和后段共生氢营养型产甲烷菌群代谢的影响，丙酸易在厌氧系统中发生累积，被认为是厌氧生物代谢过程限速步骤。丙酸的过度积累不仅影响体系环境生态因子，对包括产甲烷菌群在内的其他微生物菌群产生抑制作用，而且会通过反馈抑制剩余有机物的水解酸化，进而导致厌氧生物代谢全链条受阻，处理效能和运行稳定性下降。因此，提高厌氧生物代谢系统中丙酸的降解效率，缓解或解除其在系统内的过度累积效应，是保证系统稳定运行，提高原料转化效率的关键措施。

目前，构建高效丙酸氧化菌及其互营共生菌群，实现丙酸在体系内的快速代谢降解，是提升有机物厌氧生物处理效能和运行稳定性的主要思路。然而，常规方式主要是通过调控包括pH、ORP(氧化还原电位)、碱度、有机负荷和水力停留时间等体系环境生态因子，最终找出共培养体最适合的生态因子范围并获得共培养菌群，如专利CN 104591402 A(一种互营脂肪酸氧化菌与产电菌优势菌群的构建方法)；或者将多种类型专性降解菌叠加形成复合菌群的方式，如专利CN 106085926 A(快速解除丙酸积累的复合菌及其制备方法和应用)、专利CN 104862259 A(高有机负荷中温沼气发酵复合菌剂、其制备方法和用途)。但均存在一定的缺陷，如通过调控体系环境生态因子进而获得共培养菌群方式中，报道获得的共生耗氢菌群主要有同型产乙酸菌、产甲烷菌和硫酸盐还原菌三大类；其中，同型产乙酸菌比生长速率大，生长周期长；产甲烷菌对环境条件较为严格，代谢缓慢；硫酸盐还原菌生长过程中存在碳源竞争，且产生H₂S抑制厌氧过程，产生臭味；同时，均存在富集效率低，后续应用效果差，实施效果不高。在将多种类型专性降解菌叠加形成复合菌群的方式中，目前已鉴定得到的中温丙酸氧化菌主要来源于δ-变形菌门纲(Delta-proteobacteria)和梭状杆菌纲(Clostridia)，包含4个属6个种，分布稀少，培养周期长，不易富集，菌株获取困难，商业价格高昂，且代谢类型和生境条件各异，简单地将全部菌群叠加在一起，未考虑代谢类型和生境条件差异，菌体在实施过程中易流失，效果大打折扣。

促进不同类型和营养型菌群融合，优化共生菌群结构及其代谢通路，强化生物链式协同代谢实现丙酸的优先降解与快速转化，解决中间产物代谢和转化的不平衡的问题，为产甲烷过程提供优质底物，实现产甲烷过程高效稳定持续运行是当前解决这一问题的最新途径，但目前尚未见之于报道。

发明内容