厌氧氨氧化菌混培物生长及代谢动力学研究_郑平

17卷2期2001年3月生物工程学报ChineseJournalofBiotechnologyVol.17No.2March2001收稿日期:2000-07-26,修回日期:2000-12-14。基金项目:国家自然科学基金资助项目(30070017)。＊联系作者。Tel:86-571-6971709;Fax:86-571-6971411;E-mail:blhu@dial.zju.edu.cn厌氧氨氧化菌混培物生长及代谢动力学研究1郑平＊胡宝兰(浙江大学环境工程系杭州310029)摘要研究了厌氧氨氧化菌混培物的动力学特性。测得细胞产率系数1.573mgVS(mmolNH+4)-1;细胞衰减常数0.052mgVS(g·VS·d)-1。厌氧氨氧化菌混培物的最大氨氧化速率1.320～2.761mmol(gVS·d)-1,最大亚硝酸盐转化(反硝化)速率14.497mmol(gVS·d)-1。厌氧氨氧化菌混培物利用氨的Km值1.801～4.215mmol·L-1,利用亚硝酸盐的Km值0.468mmol·L-1。氨自身的抑制常数38.018～98.465mmol·L-1,实际最大氨氧化速率的氨浓度16.656mmol·L-1。亚硝酸盐对厌氧氨氧化的抑制常数5.401～11.995mmol·L-1。厌氧氨氧化的最适pH7.605。厌氧氨氧化的最适温度30℃。Vmaxa、Kma、Kia和Kin的活化能依次为37.316、30.239、33.695和30.473kJ·mol-1。关键词厌氧氨氧化,动力学,硝化,反硝化中图分类号Q819文献标识码A文章编号1000-3061(2001)02-0193-06厌氧氨氧化(5NH+4+3NO-3※4N2+9H2O+2H+;NH+4+NO-2※N2+2H2O)是90年代中期发现的一个新的生物反应[1],利用厌氧氨氧化可同时取得生物硝化和反硝化的效果[2],因此在环境工程上具有较高的利用价值[3]。研究并掌握厌氧氨氧化的动力学特性,将有助于该生物反应的开发。1材料与方法1.1厌氧氨氧化菌混培物及其培养方法1.1.1分批培养:分批培养所用的厌氧氨氧化菌接种物取自生物脱氮流化床反应器。将厌氧氨氧化菌混培物用于分批培养试验前,先用除氧的KHCO3缓冲液(pH7.1)冲洗3次,以去除残留基质。在测定生物量对厌氧氨氧化的影响时,于一系列血清瓶(117mL)中加入不同数量的厌氧氨氧化菌混培物,尔后加入培养液至最终体积为50mL,氨[(NH4)2SO4]和亚硝酸盐(NaNO2)的最终浓度分别为5和2mmol·L-1。在其它动力学测定时,血清瓶中加入2mL厌氧氨氧化菌混培物和48mL培养液,并根据要求,将氨和亚硝酸盐配制成相应的浓度。血清瓶用丁基橡胶塞盖紧,再加铝盖加固。然后,用真空泵抽空血清瓶上部的气体,并以95%Ar和5%CO2混合气体置换。重复该抽真空和混合气体置换操作5次,以确保血清瓶内无氧。血清瓶静止培养于30℃的黑暗环境中。间隔6h取样测定,所有测试设3个重复。培养基的组成为(g/L):MgSO40.04;KH2PO40.2;微量元素溶液2mL。氨和亚硝酸盐的最终浓度按要求调整。微量元素溶液组成为(g/L):EDTA50;ZnSO4·7H2O2.2;CoCl2·6H2O1.61;MnCl2·4H2O,5.06;CuSO4·5H2O,1.57;(NH4)6Mo7O24·4H2O1.10;CaCl2·2H2O5.54;FeSO4·7H2O4.99;H2O1000mL。pH试验所用的缓冲液为(mmol/L):Na2HPO4-KH2PO4缓冲液10;Tris-HCl缓冲液10;NaHCO3-K2CO3缓冲液10;甘氨酸缓冲液10。1.1.2连续培养:连续培养所用的厌氧氨氧化流化床反应器如图1所示。采用玻璃管制成,总容积2.50L,其中液相容积2.25L,气相容积0.25L。反应器外侧设有水层夹套,通过循环水维持30℃的反应温度。整个装置用黑纸包裹,以防光对厌氧氨氧化菌混培物的损害。为了使反应器保持缺DOI:10.13345/j.cjb.2001.02.021氧状态,气室用95%Ar和5%CO2混合气体置换,并通过水封防止氧气进入。图1厌氧氨氧化流化床反应器装置Fig.1Thebiologicalfluidizedbedsystemanditsflowdiagram1.Wastewater;2.Nitritesolution;3,4,5.Pump;6.Samplingport;7.Anaerobicammoniaoxidationfluidizedbedreactor;8.Waterbath;9.Waterseal;10.Gas-meter;11.Effluent培养基与分批培养相同。同作进样前,先用95%Ar和5%CO2