剩余污泥中-高溫厭氧消解酸化系統(tǒng)中特效產(chǎn)酸菌的選育.pdf

1、剩余活性污泥(WAS)的減量化與資源化問(wèn)題已成為城市建設(shè)進(jìn)程中的一大難題。特效產(chǎn)乙酸菌在厭氧發(fā)酵中，其代謝產(chǎn)生的揮發(fā)性短鏈脂肪酸(VSCFAs)可作為易被利用的小分子有機(jī)碳源加以利用。研究以剩余活性污泥為對(duì)象，基于中/高溫厭氧消解酸化系統(tǒng)(M.-T.PADS)，進(jìn)行特效產(chǎn)乙酸菌株的選育工作，探討產(chǎn)乙酸菌株的產(chǎn)酸特性，并對(duì)其種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，以期為剩余污泥的資源化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
　　 在研究中，M.-T.PADS經(jīng)過(guò)35d左右

2、的厭氧發(fā)酵過(guò)程，pH逐漸穩(wěn)定于7.0左右;剩余污泥中有機(jī)質(zhì)在高溫段會(huì)逐漸溶解析出，形成溶解性總有機(jī)碳(STOC)，經(jīng)過(guò)高溫溶出——中溫產(chǎn)酸的發(fā)酵過(guò)程，最終保持在2000 mg/L左右;與此同時(shí)，VSCFAs在80mg/L～130mg/L期間內(nèi)浮動(dòng)，平均穩(wěn)定于100mg/L左右，揭示了M.-T.PADS中厭氧產(chǎn)酸的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。
　　 根據(jù)M.-T.PADS中厭氧產(chǎn)酸菌株的代謝特點(diǎn)，以丙酸鈉和丁酸鈉作為富集培養(yǎng)基的碳源，對(duì)發(fā)酵菌株

3、進(jìn)行富集培養(yǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，加入中溫?zé)o菌無(wú)氧自然基質(zhì)的富集培養(yǎng)液中，當(dāng)pH為7.1時(shí)，混菌可有效地實(shí)現(xiàn)大分子酸的代謝轉(zhuǎn)化，且產(chǎn)酸代謝能力最強(qiáng)?；谧顑?yōu)富集和分離培養(yǎng)基，通過(guò)稀釋分離技術(shù)和厭氧斜面法，最終分離篩選出四株厭氧產(chǎn)酸菌株:NJUST19、NJUST20、NJUST21和NJUST22。對(duì)四株菌株進(jìn)行代謝產(chǎn)酸能力的分析，發(fā)現(xiàn)NJUST19號(hào)菌的代謝轉(zhuǎn)化能力最強(qiáng)，用50mL培養(yǎng)液培養(yǎng)7d后，其產(chǎn)乙酸量可達(dá)至235 mg/L，可作為最優(yōu)產(chǎn)

4、乙酸菌株為后續(xù)利用。
　　 通過(guò)PCR-克隆分子檢測(cè)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)酸菌株進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。研究發(fā)現(xiàn)，此四株單菌均是革蘭氏陽(yáng)性菌，其菌體形態(tài)依次為N JUST19:梭狀(9.4～10.4)μm×(3.5～4.5)μm;NJUST20:擬桿狀(5.4～8.5)μm×(3.5～4.6)μm;NJUST22:擬桿狀(8.7～10.3)μm×(5.2～6.1)μm;NJUST21:球狀D≈(4.0～4.5)μm。在GenBank網(wǎng)站（http:/

5、/www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank）上，經(jīng)Blast比對(duì)發(fā)現(xiàn)，基因組16S rDNA均保持在1447～1471bp范圍內(nèi)，且具有一定的特異性，可將菌株分別命名為:Clostridium sp.NJUST19(JX975447)、Bacillus sp.NJUST20(JX975448)、Microbacterium sp.NJUST21(JX975449)和Bacillus sp.NJUST22(JX975450

6、)。
　　 NJUST19特效產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)酸特性研究結(jié)果表明，NJUST19菌可利用淀粉，甘油，麥芽糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖等大分子糖類(lèi)，和丙酸、丁酸等有機(jī)酸進(jìn)行代謝作用，實(shí)現(xiàn)大分子物質(zhì)到小分子有機(jī)酸（乙酸）的代謝轉(zhuǎn)化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，菌株在7d內(nèi)可將淀粉分解為262.9mg/L的甲酸、422.4mg/L的乙酸;將麥芽糖分解為228.4mg/L的甲酸、205.4mg/L的乙酸;將丙酸分解為143.9mg/L的乙酸;將甘油（丙三醇）

7、分解為97.1mg/L的乙酸、67.8mg/L的丁酸。由此可知，NJUST19菌株表現(xiàn)出了廣泛的碳源利用能力。同時(shí)在研究蛋白胨、尿素等有機(jī)氮源和NHaC1、NaNO3等無(wú)機(jī)氮源對(duì)NJUST19菌代謝轉(zhuǎn)化的影響中發(fā)現(xiàn)，以NH4C1為無(wú)機(jī)氮源時(shí)，其產(chǎn)乙酸量可達(dá)至355mg/L左右，實(shí)現(xiàn)了菌株的高效產(chǎn)酸;以蛋白胨為有機(jī)氮源時(shí)，其產(chǎn)乙酸量可達(dá)到350mg/L左右，在選定的有機(jī)氮源中屬于最佳的產(chǎn)酸代謝基質(zhì)，故將蛋白胨和NH4C1分別作為NJUST

8、19菌代謝活動(dòng)的最佳有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源。
　　 在研究環(huán)境因素對(duì)NJUST19菌的影響中發(fā)現(xiàn)，酸性條件(pH≤6.5)不利于NJUST19菌的生長(zhǎng)代謝，弱堿環(huán)境（8.5≤pH≤9.5）對(duì)于菌株的代謝產(chǎn)酸則具有一定的促進(jìn)作用;NJUST19菌在高溫狀態(tài)下的代謝產(chǎn)酸能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中溫狀態(tài)下的代謝轉(zhuǎn)化能力，故初步斷定NJUST19菌株屬于高溫菌。綜上所述，菌株的最適代謝環(huán)境條件可確定為:pH為9.0，中溫溫度控制為30℃，高溫溫度控制