[發明專利]一種厭氧條件下富集培養丙酸氧化菌及其互營共生菌群的方法

有效

• 申請號: 201710262206.5
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107099471B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 萬金泉;易曉輝;王艷;馬邕文;關澤宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種厭氧條件下富集培養丙酸氧化菌及其互營共生菌群的方法。該方法在抑制產甲烷代謝下，通過酸化、投加硝酸鹽并控制基質中COD/NO₃^??N值連續培養，富集以互營桿菌屬和史密斯氏菌屬為主要丙酸氧化菌，以氫營養型產甲烷菌群和反硝化菌群為主要互營共生菌群，伴隨以丙酸和氫為物質基礎的代謝菌群結構的優勢菌群。本發明的富集培養方法將反硝化代謝過程部分引入傳統厭氧生物處理過程中，形成以丙酸和氫為物質來源的優勢菌群，培養得到的菌群結構穩定，對丙酸降解速率快，降解效率高，在短時期內可實現丙酸高速及高效降解，培養過程可重復性強。

技術領域

本發明涉及廢水生物處理與回用中的菌群培養領域，具體涉及一種厭氧條件下富集培養丙酸氧化菌及其互營共生菌群的方法。

技術背景

有機物厭氧生物代謝產甲烷過程，主要是通過不同類型微生物菌群協同作用將大分子有機物質降解為揮發性脂肪酸等中間產物，并最終轉化為CH₄、CO₂和H₂O等物質。其中丙酸是此過程中重要的中間代謝產物，有研究表明，體系中甲烷產量中大約有35％以上是由丙酸轉化而來的。然而丙酸不能被產甲烷菌群直接代謝，需要先轉化為乙酸而后被利用，此過程受熱動力學限制(ΔG⁰0)，反應不能自發進行，需其他耗氫菌群配合形成互營共生體。然而受限于“代謝鏈”前段的發酵產酸細菌和后段共生氫營養型產甲烷菌群代謝的影響，丙酸易在厭氧系統中發生累積，被認為是厭氧生物代謝過程限速步驟。丙酸的過度積累不僅影響體系環境生態因子，對包括產甲烷菌群在內的其他微生物菌群產生抑制作用，而且會通過反饋抑制剩余有機物的水解酸化，進而導致厭氧生物代謝全鏈條受阻，處理效能和運行穩定性下降。因此，提高厭氧生物代謝系統中丙酸的降解效率，緩解或解除其在系統內的過度累積效應，是保證系統穩定運行，提高原料轉化效率的關鍵措施。

目前，構建高效丙酸氧化菌及其互營共生菌群，實現丙酸在體系內的快速代謝降解，是提升有機物厭氧生物處理效能和運行穩定性的主要思路。然而，常規方式主要是通過調控包括pH、ORP(氧化還原電位)、堿度、有機負荷和水力停留時間等體系環境生態因子，最終找出共培養體最適合的生態因子范圍并獲得共培養菌群，如專利CN 104591402 A(一種互營脂肪酸氧化菌與產電菌優勢菌群的構建方法)；或者將多種類型專性降解菌疊加形成復合菌群的方式，如專利CN 106085926 A(快速解除丙酸積累的復合菌及其制備方法和應用)、專利CN 104862259 A(高有機負荷中溫沼氣發酵復合菌劑、其制備方法和用途)。但均存在一定的缺陷，如通過調控體系環境生態因子進而獲得共培養菌群方式中，報道獲得的共生耗氫菌群主要有同型產乙酸菌、產甲烷菌和硫酸鹽還原菌三大類；其中，同型產乙酸菌比生長速率大，生長周期長；產甲烷菌對環境條件較為嚴格，代謝緩慢；硫酸鹽還原菌生長過程中存在碳源競爭，且產生H₂S抑制厭氧過程，產生臭味；同時，均存在富集效率低，后續應用效果差，實施效果不高。在將多種類型專性降解菌疊加形成復合菌群的方式中，目前已鑒定得到的中溫丙酸氧化菌主要來源于δ-變形菌門綱(Delta-proteobacteria)和梭狀桿菌綱(Clostridia)，包含4個屬6個種，分布稀少，培養周期長，不易富集，菌株獲取困難，商業價格高昂，且代謝類型和生境條件各異，簡單地將全部菌群疊加在一起，未考慮代謝類型和生境條件差異，菌體在實施過程中易流失，效果大打折扣。

促進不同類型和營養型菌群融合，優化共生菌群結構及其代謝通路，強化生物鏈式協同代謝實現丙酸的優先降解與快速轉化，解決中間產物代謝和轉化的不平衡的問題，為產甲烷過程提供優質底物，實現產甲烷過程高效穩定持續運行是當前解決這一問題的最新途徑，但目前尚未見之于報道。

發明內容