[发明专利]一种强化丁酸厌氧降解的复合菌剂及其构建方法

说明书

本发明公开一种强化丁酸厌氧降解的复合菌剂及其构建方法，所述复合菌剂包括脂肪酸氧化菌Syntrophomonaswolfei和产电菌Geobactorsulfurreducens。本发明对脂肪酸氧化菌Syntrophomonaswolfei和产电菌Geobactorsulfureducens进行了活化，以厌氧瓶插入电极为实验模式，并在阳极室中加入所述活化菌液，构建得到强化丁酸降解的互营共生体系，所述复合菌剂可用于污水处理过程中；本方法具有结构简单、操作灵活、启动迅速、运行稳定、无需曝气以及运行费用低等优点，可通过pH值、氨氮和初始丁酸浓度值来调控丁酸降解的最适条件。

技术领域

本发明属于厌氧发酵技术领域，涉及一种微生物电池，具体涉及一种强化丁酸厌氧降解的复合菌剂及其构建方法。

背景技术

厌氧生物技术，由于其可同时实现废水中有机物的削减和产能等特点，被广泛用于处理高浓度有机废水并取得了较好的实践成果。其基本原理是通过水解发酵菌，产乙酸菌和产甲烷菌的协同作用实现有机物的逐步降解和产甲烷。常规厌氧工艺高效稳定运行面临的主要挑战之一是系统内的挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids，VFAs)积累引起的酸抑制问题。传统厌氧装置运行过程中，易水解有机物迅速水解酸化产生有机酸的理论速率远高于后续步骤乙酸化及甲烷化速率，而这种中间代谢产物产生与转化的不平衡很容易引起VFAs的累积。大量累积的VFAs不仅严重抑制了后续的乙酸化及甲烷化过程，还会反馈抑制上游有机物的水解酸化，从而使厌氧代谢全程受阻，直接导致了厌氧系统出现酸抑制甚至酸败的现象。而当厌氧系统遭受到冲击负荷或环境因子变化较大时，酸积累现象尤为明显且酸抑制后系统的发酵性能恢复过程缓慢甚至无法恢复。因此，VFAs积累是常规厌氧工艺稳定高效运行的主要挑战之一，缓解VFAs积累和解决酸抑制问题从而提高厌氧系统的效能具有重要的基础和应用研究价值。

在反应器实际运行中，研究者们则尝试通过投加功能微生物等生物强化方式来解决VFAs积累的问题。Li等通过投加驯化的丁酸氧化菌群来加速厌氧系统中丁酸的降解；Town和Dumonceaux则尝试投加耐酸型乙酸产甲烷菌群来促进厌氧系统中乙酸的利用和产甲烷效能。以上研究结果表明通过SFAS和乙酸型甲烷菌的投加可以强化厌氧系统中互营脂肪酸氧化菌(short chain fatty acid-oxidation syntrophs，SFAS)和甲烷菌互营共生体的丰度，在一定程度上强化丁酸和乙酸降解产甲烷效能，但主要存在以下挑战：通过外部投加的目标功能菌在和土著菌群的竞争过程中，特别是在连续进出料的情况下往往无法达到富集目标菌群的效果；通过连续投加或者细胞固定技术把功能微生物置于厌氧系统中的方法尽管取得了一定的成果，但这一方式增加了实际运行的操作难度和运行成本且对工程技术和管理人员素质要求较高，实际操作可行性较差；此外，从微生物的分离和代谢途径上看，目前能被分离培养的耐酸产甲烷菌较少，即便经过低pH的驯化可以得到耐酸型产甲烷菌并对酸化系统的恢复起到一定的强化作用，却并不能从根本上改变产甲烷菌生长代时长和代谢速率慢的固有生理特性，且在酸性条件下产甲烷菌的最佳碳源可能转变成甲醇从而削弱了对VFAs的降解能力。总之，生物强化是目前应对厌氧系统中VFAs积累的重要对策之一，但VFAs代谢途径和生物强化方式的选择，还需在基础研究和技术开发上不断创新。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是针对目前厌氧发酵过程中出现的挥发酸积累(酸化)现象，提供一种强化丁酸降解的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂包括脂肪酸氧化菌Syntrophomonaswolfei和产电菌Geobactorsulfurreducens。

所述脂肪酸氧化菌Syntrophomonaswolfei(下简称S.wolfei)购自德国菌种保存库(DSMZ，编号：102351)。

所述产电菌Geobactorsulfurreducens(下简称G.sulfurreducens)购自美国模式菌种收集中心(ATCC，编号为51573)。