[发明专利]一种高效的反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化混合微生物体系的共培养方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物共培养技术领域，特别是涉及一种高效的反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化混合微生物体系的共培养方法。 

背景技术

甲烷（CH₄）作为一种能源物质的同时，还是一种很强的温室气体，单位质量的CH₄吸热量大约是CO₂的25倍。如果深海中的CH₄全部释放到大气中，地球的温度将远远高于现在的水平，导致全球气候变暖、冰山融化、海平面上升等严重后果。之所以没有发生这样的灾难，主要是因为90%以上的CH₄在从海底逃逸的过程中被微生物消耗了，其中厌氧甲烷氧化过程发挥了巨大的作用。 

反硝化厌氧甲烷氧化（denitrifying anaerobic methane oxidation，DAMO）是一种新型的厌氧甲烷氧化过程，在厌氧条件下将甲烷氧化与反硝化结合起来，其中CH₄作为电子供体，NO_x作为电子受体。主要分为两类：5CH₄+8NO₃^-+8H⁺→5CO₂+4N₂+14H₂O(1)和3CH₄+8NO₂^-+8H⁺→3CO₂+4N₂+10H₂O(2)。由于DAMO微生物为自养型微生物，生长缓慢，倍增时间为数周，甚至数月，所以富集时间长、活性低等问题一直是限制DAMO微生物研究及相关技术发展和应用的主要因素。富集培养过程一般是通过顶空注入，或底部连续曝气的方式提供所需甲烷。由于甲烷在水相的溶解度低，传质系数小，甲烷从气相到液相、再到微生物的传质过程受到极大限制，从而导致微生物富集时间的延长，并且连续曝气造成CH₄的泄漏和浪费还存在安全隐患。所以现有DAMO微生物的培养方法不利于工业化应用。 

厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX）也是一种比较新的脱氮工艺，反应方程式如下NO₂^-+1/1.32NH₄⁺→1.02/1.32N₂+0.26/1.32 NO₃^-。ANAMMOX反应具有很多优点，不需外加有机碳源、避免了二次污染、节省供氧动力消耗、几乎不产生温室气体N₂O等，但需要前置短程硝化工艺，条件控制复杂，并且ANAMMOX微生物富集培养时间长、条件苛刻，并且NO₂^-浓度过高会对微生物活性产生不可逆的抑制。 

由于NO₂^-是NO₃^-反硝化过程的中间产物，同时也是厌氧氨氧化反应的底物，而且DAMO和ANAMMOX两种微生物的培养条件类似，都要求厌氧、培养基中不需外加有机碳源，因此DAMO与ANAMMOX混合微生物共培养体系是可行的，是一种潜在的新型脱氮除碳途径，即通过DAMO反应生成NO₂^-，作为ANAMMOX的底物，避免NO₂^-浓度过高产生抑制作用，ANAMMOX反应生成的少量NO₃^-又被DAMO利用，同时实现CH₄、NO₃^-和NH₄⁺的高效去除。 

需要指出的是，由于NO₂^-同时作为n-damo与ANAMMOX两种菌的底物，所以这两种菌之间主要为竞争关系，而另一种以NO₃^-为底物的DAMO古菌与ANAMMOX菌之间不是竞争关系而是协同关系，即只要DAMO古菌与ANAMMOX菌中有一种菌活性提高，就可通过协同作用促进另外一种菌活性的提高，这也是该体系与n-damo与ANAMMOX共培养体系相比的优势。