对处理不同废水的几种厌氧消化器生物量中优势产甲烷菌的观察

微生物学报29(2):145一l、s,一959A。企aM奋ero石1010‘ica易n宁e。对处理不同废水的几种厌氧消化器生物量中优势产甲烷菌的观察杨秀山(北京师范学院生物系,北京)AndreaTilehe(核能和可选择能源委员会,意大利)近年来,人们对城市废水、工业废水和农业废物的厌氧消化产生极大的兴趣。厌氧消化不仅是减少有机物污染的便利方法,而且在此处理系统中能得到正的能量平衡。厌氧消化器中的生物量一般由四个主要细菌类群组成。有机物完全有效地转化为甲烷,需要这些细菌的相互代谢作用。否则,即引起甲烷产率的降低,甚至整个厌氧消化过程遭到失败‘’,。在对厌氧消化的微生物学研究中,产甲烷菌(metha-nogens)更加引起研究者的注意。这不仅因为此类菌是有机物甲烷化过程中的最后一组成员,而且它们生长缓慢、底物要求苛刻,因此在发酵器内保留足够量的产甲烷菌是厌氧处理过程正常进行的关键。在有机物厌氧消化的甲烷化作用中,70%以上的甲烷来自乙酸的裂解t,”。而就目前所知,只有甲烷丝菌和甲烷八叠球菌能裂解乙酸产生甲烷闭,这两种产甲烷菌被称为乙酸裂解产甲烷菌(;,ce的cla‘ticmctllanogon,)。‘白们在厌氧消化产甲烷系统中起着极其重要的作用。尽管甲烷丝菌和甲烷八叠球菌在生理代谢特性上有很大不同,前者具低的底物生长率扭。。)和低的半饱和常数(K,),即高的底物亲合性,而后者具高的底物生长率和高的半饱和常数,即低的底物亲合性‘,,,1,而在处理各种有机废水的厌氧消化器生物量中,甲烷丝菌为优势的产甲烷菌。此研究的目的在于通过对几种处理不同废水的厌氧消化器生物量的观察,了解其中优势的产甲烷菌组成。器(ABR)和上流式厌氧污泥床,以及处理猪场废物的厌氧折流式反应器。(二)样品制备和观察样品取自于上述各厌氧消化器运转结束前的生物量。用JENALUMARA/DCONTRAsT光学显微镜对染色和活体样品(用上射荧光或上封荧光与正相差,或上射荧光与亮视野干扰)进行观察。用PHILIPssEM50,扫描电子显微镜对生物量进行扫描电镜观察。为扫描电镜观察的样品制备过程为:样品在含有2.5%的戊二醛的磷酸缓冲液(0.05mol/L,pH7.2)中固定30mi:、,固定液的渗透性与所取样品的渗透性相同(其渗透性用HerhmannRoblingAutooa‘icMicro-。smomoter进行测定)。固定后以相同的缓冲液洗样品30min,然后对样品进行系列梯度乙醇脱水,接着用cpD(020BLAzERSUNIoN)极点干燥仪(Cr;tiealpointDr飞er)以液体CO,丁砰燥样品,最后进行样品镀金。材料和方法(一)消化器本实验所用的实验室规模消化器为处理城市废水的厌氧滤器(AF)和上流式厌氧污泥床(U人sB),处理酒精蒸馏废水的厌氧拆流式反应结果取自各消化器的样品进行了以可见光为光源的染色样品观察和对活体样品的荧光显微观察。对染色样品的观察结果表明、各消化器生物量中的主要优势产甲烷菌为甲烷丝菌。在处理城市废水的AF、UASB,以及处理酒精燕馏废水的ABR和UASB中,除了甲烷丝菌外,还发现了数量和包囊大小不等的甲烷八叠球菌。此外,还发现了其它的微生物形态类群,如不同大小的杆菌和球菌等。通过荧光显微观察,甲烷八叠球菌在420nm波长处呈蓝绿色荧光,且荧光消失较快。甲烷丝菌不显荧光或很弱。这两种产甲烷菌用上射荧光与亮视野干扰观察,根据所产荧光能力很易区别。另外,通过荧光观察还发现了产生荧光的、形本文于1988年4月1日收到。t4‘微生物学报29卷图t甲倪丝.的扫描电子显微镜照片儿甲烷组菌的典璧细胞形态特征;.甲偏丝自的长丝伏和面杀状群体形态特征.图2甲烷八盈球菌灼扫描电子显微镜照片A.以颗拉形式存在于消化器中的甲烷八盈球菌;态上与甲酸甲烷杆菌(M,‘五。。oba“。对‘fo护m涪-‘i‘“m)形态相似的甲烷杆菌。取自各消化器的生物量多以絮状污泥存在,呈黑色。只有处理酒精燕馏废水的U人sB中的生物量以颗粒污泥存在,其中多数颗拉为浅黄色,少数呈黑色,直径1一3Inm不等,此颗粒污泥具较好的沉降性能和高的甲烷化活性。扫描电子显微镜观察结果表明,甲烷丝菌在各消化器的生物量中占有优势。图l为甲烷丝菌的扫描电子显微镜照相。图1一A为甲烷丝菌的典型特征,即细胞末端平齐、细胞与细胞之间膨大、呈竹节状。图卜B揭示出了甲烷丝菌的长丝状和成束的面条状群体形态特征。扫描电子显微镜的观察还表明,除了处理猪场废物的ABR生物量中未发现甲烷八盈球菌外,于其它消化器内的生物量中均发现有甲烷八B.以包囊形式存在于消化器中的甲烷八叠球菌。叠球菌(图2)。特别是在处理酒精蒸馏废水的ABR中,甲烷八益球菌与甲烷丝菌混为一起。图2一^揭示出了存在于处理酒精蒸馏废水的ABR生物食中的一种细胞