反硝化型甲烷厭氧氧化微生物富集及特性研究.pdf

1、反硝化型甲烷厭氧氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation，簡稱DAMO)過程，是以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體的甲烷厭氧氧化過程。該過程在2006年首次得到證實，隨后成為環(huán)境領域研究的熱點。DAMO過程的發(fā)現(xiàn)為廢水的生物脫氮提供了一種新的途徑，該過程能利用CH4作為電子供體實現(xiàn)反硝化，若能應用于實際的污水處理廠中，不但能減少溫室氣體CH4的排放，還能降低污水處理廠的能耗。同時，DAMO過程的

2、證實對完善全球氮循環(huán)及甲烷循環(huán)的認識有著重大意義。而其獨特的反應機理更是為O2的產生添補了一種新的途徑。
　　涉及DAMO反應的微生物包括ANME古菌與NC10門細菌，此類微生物生長極其緩慢，導致DAMO培養(yǎng)物難以獲得，從而阻礙DAMO反應的進一步深入研究。因此，必須探明影響DAMO微生物富集的主要因素，解決其生長受限問題，才能加快DAMO研究的進程。本課題旨在富集不同的DAMO培養(yǎng)物，并研究其所涉及微生物的相關特性。
　　

3、本試驗搭建了4套結構相同的DAMO培養(yǎng)物專屬富集反應器，均供給CH4作為電子供體，在不同條件下培養(yǎng)富集獲得了4種不同的DAMO培養(yǎng)物A、B、C、D。其中R1與R2反應器啟動所使用的接種物相同，均為杭州西溪河底泥、西湖底泥與農田水稻土壤的混合物，但所供給的氮素不同:R1反應器中供給氮素NH4+與NO3-，經過362天的富集，成功獲得培養(yǎng)物A，含有DAMO古菌(39.4％)與厭氧氨氧化菌(Anammox)(45.8％);R2反應器中僅供給N

4、O2-作為電子受體，經過202天的富集，成功獲得培養(yǎng)物B，僅由DAMO細菌(88.2％)組成。R3反應器的啟動以西溪河底泥、杭州七格污水處理廠二沉池活性污泥與儲泥池厭氧消化污泥的混合污泥為接種物，并供給NH4+與NO3-，經過232天的富集，成功獲得培養(yǎng)物C，含有DAMO古菌(77.7％)與Anammox細菌(17.7％)。R4反應器以R3反應器內經過227天富集馴化所得培養(yǎng)物C為接種物，并供給NO3-作為電子受體，再經過326天的富集

5、，成功獲得培養(yǎng)物D，同時含有DAMO細菌(62.2％)與DAMO古菌(26.5％)。
　　試驗發(fā)現(xiàn)，不同氮素組合對DAMO微生物的富集有著一定的影響。NO3-與NO2-分別對DAMO古菌與DAMO細菌的選擇有著重要作用，在同時供給NH4+與NO3-的培養(yǎng)物A與C中，DAMO細菌在與Anammox細菌競爭NO2-的過程中被淘汰。且不同接種物對DAMO微生物群落結構也存在一定影響。在本試驗中，將淡水河底泥、污水處理廠活性污泥及厭氧消化

6、污泥的混合物作為富集DAMO培養(yǎng)物的接種物優(yōu)于淡水河底泥、淡水湖底泥與農田水稻土壤的混合物。
　　以培養(yǎng)物D作為研究對象，考察了pH、溫度與溶解氧對DAMO反應過程的影響。結果表明，當溫度低于35℃時，DAMO反應速率隨著溫度的降低而下降;當溫度高于35℃時，DAMO反應速率隨著溫度的升高而下降;在35℃時，DAMO反應速率最大。當pH小于6.5時，DAMO反應速率隨著pH的降低而下降;當pH大于7.5時，反應速率隨著pH的升高而

7、下降;在pH6.5與7.5時DAMO反應速率最大。DAMO微生物工作性能與溶解氧濃度成反比，即溶解氧的存在會抑制DAMO微生物的反應過程。
　　試驗檢測到反應器內部有N2O的存在，并觀察到其明顯的積累與消耗趨勢。由于DAMO細菌不具備N2O還原的基因，因此，根據(jù)此現(xiàn)象提出了兩種相關假設:N2O的消耗可能由系統(tǒng)內除DAMO菌以外的微生物完成;DAMO細菌中可能存在著除Nos以外的某種未知的N2O轉化基因。并在第二種假設成立的前提下分