[發明專利]一種高效的反硝化厭氧甲烷氧化與厭氧氨氧化混合微生物體系的共培養方法

有效

• 申請號: 201310455062.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103509719A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 曾建雄;付亮;丁兆威;丁靜;劉靜靜
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C12N1/00
• 分類號: C12N1/00;C02F3/34
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 吉海蓮;王立民

技術領域

本發明涉及微生物共培養技術領域，特別是涉及一種高效的反硝化厭氧甲烷氧化與厭氧氨氧化混合微生物體系的共培養方法。?

背景技術

甲烷（CH₄）作為一種能源物質的同時，還是一種很強的溫室氣體，單位質量的CH₄吸熱量大約是CO₂的25倍。如果深海中的CH₄全部釋放到大氣中，地球的溫度將遠遠高于現在的水平，導致全球氣候變暖、冰山融化、海平面上升等嚴重后果。之所以沒有發生這樣的災難，主要是因為90%以上的CH₄在從海底逃逸的過程中被微生物消耗了，其中厭氧甲烷氧化過程發揮了巨大的作用。?

反硝化厭氧甲烷氧化（denitrifying?anaerobic?methane?oxidation，DAMO）是一種新型的厭氧甲烷氧化過程，在厭氧條件下將甲烷氧化與反硝化結合起來，其中CH₄作為電子供體，NO_x作為電子受體。主要分為兩類：5CH₄+8NO₃^-+8H⁺→5CO₂+4N₂+14H₂O(1)和3CH₄+8NO₂^-+8H⁺→3CO₂+4N₂+10H₂O(2)。由于DAMO微生物為自養型微生物，生長緩慢，倍增時間為數周，甚至數月，所以富集時間長、活性低等問題一直是限制DAMO微生物研究及相關技術發展和應用的主要因素。富集培養過程一般是通過頂空注入，或底部連續曝氣的方式提供所需甲烷。由于甲烷在水相的溶解度低，傳質系數小，甲烷從氣相到液相、再到微生物的傳質過程受到極大限制，從而導致微生物富集時間的延長，并且連續曝氣造成CH₄的泄漏和浪費還存在安全隱患。所以現有DAMO微生物的培養方法不利于工業化應用。?

厭氧氨氧化（anaerobic?ammonium?oxidation，ANAMMOX）也是一種比較新的脫氮工藝，反應方程式如下NO₂^-+1/1.32NH₄⁺→1.02/1.32N₂+0.26/1.32?NO₃^-。ANAMMOX反應具有很多優點，不需外加有機碳源、避免了二次污染、節省供氧動力消耗、幾乎不產生溫室氣體N₂O等，但需要前置短程硝化工藝，條件控制復雜，并且ANAMMOX微生物富集培養時間長、條件苛刻，并且NO₂^-濃度過高會對微生物活性產生不可逆的抑制。?

由于NO₂^-是NO₃^-反硝化過程的中間產物，同時也是厭氧氨氧化反應的底物，而且DAMO和ANAMMOX兩種微生物的培養條件類似，都要求厭氧、培養基中不需外加有機碳源，因此DAMO與ANAMMOX混合微生物共培養體系是可行的，是一種潛在的新型脫氮除碳途徑，即通過DAMO反應生成NO₂^-，作為ANAMMOX的底物，避免NO₂^-濃度過高產生抑制作用，ANAMMOX反應生成的少量NO₃^-又被DAMO利用，同時實現CH₄、NO₃^-和NH₄⁺的高效去除。?

需要指出的是，由于NO₂^-同時作為n-damo與ANAMMOX兩種菌的底物，所以這兩種菌之間主要為競爭關系，而另一種以NO₃^-為底物的DAMO古菌與ANAMMOX菌之間不是競爭關系而是協同關系，即只要DAMO古菌與ANAMMOX菌中有一種菌活性提高，就可通過協同作用促進另外一種菌活性的提高，這也是該體系與n-damo與ANAMMOX共培養體系相比的優勢。?