文章编号:100326504(2001)0320021204
李小明1, 陈 坚2, 伦世仪2
(1.湖南大学环境科学与工程系，长沙 410082;2.无锡轻工大学生物工程学院，无锡 214036)
摘 要：来自甲烷发酵的厌氧污泥在反硝化条件下，可以对苯二甲酸(T ereph thalic A cid ，简称TA )为唯一 碳源快速驯化富集TA 厌氧降解菌，然后转换到甲烷发酵状态，到第6周时，获得的TA 降解速度为2216m gTA gV SS ・day ，是对照实验的2.1倍。
经过约90天的驯化，原存在于种污泥中的发酵性细菌几乎全部消亡，新的培养物中取而代之的是TA 还原和开环菌,TA 降解菌的驯化过程和富集过程是偶联的。M PN 计数和滚管计数进一步证实了上述结果。
关键词：反硝化; 对苯二甲酸; 驯化
山东省劳动厅
塞西莉亚中图分类号:X 172; 文献标识码:A
收稿日期:2000210217
作者简介：李小明(1966—)，男，安徽巢湖人，工学博士，湖南大学环境科学与工程系副教授，主要从事环境生物技术与水污染控制工程方面的教学和科研工作。
对苯二甲酸是一种重要的化工原料，目前广泛应用于合成树脂、涤纶纤维、塑料薄膜、增塑剂和染料等行业。研究发现TA 对水中微生物的再生有抑制作用，对一些动物有致癌和致突变作用，作为一种有毒污染物,TA 引起了越来越广泛的关注[1]，为保证较少的剩余污泥产生，国内外生产厂家目前主要采用单级厌氧方法或厌氧2好氧方法来处理该废水。
研究表明,TA 在厌氧条件下经脱羧作用可转化成苯甲酸，再经过还原作用打开苯环，苯甲酸可降解成己二酸。产酸菌和产甲烷菌可以彻底将其矿化形成甲烷和二氧化碳，反硝化菌也可以彻底将其矿化形成氮气和二氧化碳[2～4]。从热力学的角度考虑,TA 在反硝化条件下要比在甲烷发酵条件下具有更高的降解速度，但是，维持反硝化过程需要不断地加入硝酸盐作为电子受体，这使得运行过程成本很高。因此采用甲烷发酵的形式来对TA 进行厌氧降解是当然的选择。
文献表明，许多兼性好氧菌如广泛分布在
环境中的P seud o m onas sp .具有还原性打开芳香环和反硝化的功能[5,6]，这意味着在反硝化条件下，还原性的苯环的裂解菌可以利用NO -3作为电子受体彻底矿化己二酸成N 2和CO 2，并快速增长；该类菌也可在甲烷发酵状态下利用CO 2作为电子受体将己二酸降解成CH 4和CO 2。
本研究以甲烷发酵污泥接种，先在反硝化作用的条件下，快速富集和驯化芳香环还原性裂解菌，然后将体系转换到甲烷发酵状态。1 材料及方法1.1 接种污泥
取自于无锡柠檬酸厂厌氧发酵反应器。TA :A R 级，购自德国Schuchardt 公司。1.2 富集驯化培养基
甲烷发酵培养基(1#)每升含:TA 015～110g ，酵母膏0～210g ,M gSO 4012g ,KH 2PO 4017g ,N H 4C l 015g ,N a 2S 015g ，微量元素溶液510m l ；反硝化培养基(2#)每升水含:TA 015～110g ,KNO 3510g ,M gSO 4012g ,KH 2PO 4012g ,N H 4C l 015g ,N a 2S 015g ，微量元素溶液510m l ；微量元素溶液每升含:N (CH 2COO H )3415g ,M nC l 2・4H 2O 011g ,FeC l 2・4H 2O 014g ,CoC l 2・6H 2O
0112g,N aC l110g,ZnC l2011g,CaC l20102g, H3BO30101g,A lK(SO4)20101g,N a2M oO4 0101g。
1.3 分析方法
TA的定量测定采用比法,COD和V SS的测定采用标准方法；氢气和甲烷气的测定采用气相谱法,TCD检测器,GXD104谱柱,N2为载气，流速25m l m in;pH测定采用pH S22CpH计。
1.4 污泥的驯化和富集实验
在500m l三角瓶中分别加入1#和2#培养基300m l，调节pH7.0，接种污泥50m l，每瓶取3组重复实验。培养温度为36±1℃，每天摇动两次。每天取样分析TA的浓度变化，气体从史氏发酵管中收集每天分析。通过取样口，每周更换270m l新鲜培养基(约占总体积75%)替代上清液。对照实验进行了6周，然后，以2#培养基驯化和富集的培养瓶中停止添加硝酸盐，继续驯化7周，这实际上是将反硝化作用逐步转化为甲烷发酵呼吸模式，整体经历约90天。过程中对四种厌氧微生物及TA开环微生物分别计数。
1.5 厌氧菌计数
所有操作在无菌条件下，厌氧操作按H ungate[7]技术进行。最大概率计数法(M PN)用来测定发酵性细菌、产乙酸菌和产甲烷菌的数,TA还原性开环菌采用滚管计数法测定[8]，培养基组成如下：每升水含TA 310g,N H4C l210g,N aC l110g,M gC l2011g, K2H PO4014g,KH2PO4014g，微量元素溶液10m l，刃天青01002g，琼脂20g。
2 结果与讨论
2.1 硝酸盐对驯化过程的影响
图1对照给出了在产甲烷条件下和反硝化作用条件下接种污泥的驯化和富集到第六周时的情况，图中明显可看出反硝化作用对污泥的驯化和富集都有促进作用，与对照相比，尽管污泥量(V SS)只净增加了22%，达到同样TA降解水平时的驯化的周期却缩短了约50%。经过6周的驯化,TA比降解速度qTA (R V SS)为22.6m gTA gV SS・d，是对照实验的2.1倍，增加了大约8倍，而对照实验以TA为唯一碳源在甲烷发酵条件下qTA只增加了318倍
。
图1 反硝化条件和产甲烷条件下污泥的驯
化富集情况对比
1.反硝化比降解速度
2.反硝化V SS
3.产甲烷比
降解速度 4.产甲烷V SS
硝酸盐对驯化过程的这种促进作用，是反硝化作用与TA降解(开环)过程偶联的必然结果，硝酸盐的存在，起到了提供能源的作用，通过反硝化作用的方式，加速了微生物体的生长。图1表明,TA的降解速度要高于对照组，同时污泥的生长速度也提高了，这说明硝酸盐在促进菌体整体生长的同时，也加强了对菌降解TA能力的诱导作用。
表1 反硝化条件下至第六周时的实验数据
时间
(周)
V SS
(g L)
R
(m gTA L
・d)
△V SS
(g L)
△R
(m gTA
L・d)
△R △V SS
(gTA
gV SS・d) 07.1941
17.293228.570.0991
27.440147.540.146918.970.1291 37.658977.090.218829.550.1351 47.9742121.650.310344.560.1436 58.3439156.780.369735.130.0950 68.8010198.950.457142.170.0923
注：硝酸盐在驯化前5周每周的第一天添加，前三周每次添加5.0g L，第四周为3.0g L，第五周为0.4g L，以后为0。V SS和R为每周末检测。
表1为各阶段污泥增量和TA降解速度的基本实验结果，从表1中可以看出，随着菌体绝对量的增加，其对TA的降解能力也增强，其中值△R △V SS项反映了一定时间内
张清常体系降解TA 速度的增加与菌体浓度增加的比值，该值的大小反映了单位新增菌体中对TA 降解能力增加的贡献。值越大，表明增加的菌体中含具有TA 降解能力的比率越高。表1中，前4周该值是逐渐增加的，以后，随着硝酸盐的减少而呈下降趋势，表明第5、6周时，菌体在生长的同时对TA 的降解能力不再被进一步诱导，与此同时，体系中的其它菌体得到生长。由此可以推断，在驯化的起始阶段，硝酸盐对驯化过程的影响并不仅仅限于对菌体绝对增加量的贡献，同时对TA 降解能力的形成也有诱导作用。当降解TA 的微生物达到一定浓度时，硝酸盐的进一步诱导作用逐渐减弱，只是随着菌体绝对量的增加,TA 的绝对降解速度也有所增加。下面的细菌计数使上述结果得到进一步说明。
2.2 驯化过程中各类菌的变化
图2,3,4，分别为不同驯化阶段，厌氧微生物中发酵性细菌、产酸菌和产甲烷菌的数量变化情况，图5为TA 开环菌的变化情况
乐府古题。
图2 驯化时间对发酵性细菌的影响
图2表明驯化过程中发酵性细菌逐步减少的情况，说明在缺乏相应有机底物时发酵性菌体消亡。图3,4说明，产酸菌和产甲烷菌在驯化初期有一个明显的下降，这是由于反硝化条件下，产甲烷菌得不到足够的底物，而相应地产酸菌也受到影响。从第4周起以递减的方式减少硝酸盐的添加时，系统开始从反硝化状态过度到产甲烷状态，产酸菌和产甲烷菌的数量开始恢复
刃天青
。
图3
驯化时间对产酸菌的影响
图4
苏州娱乐场所整顿2019 驯化时间对产甲烷菌的影响
图5 驯化时间对TA 开环菌的影响
图5表明来自产甲烷发酵的厌氧污泥中最初就含有少量TA 还原性开环微生物，它们在甲烷发酵过程中可以利用CO 2作为电子受体，然后以较低的比生长速率生长。当它们
接种到2#培养基中，在硝酸盐存在的情况下则以NO-3作为电子受体,TA作为唯一存在碳源时，可以诱导体系产生TA降解能力，从热力学方面考虑，反硝化过程可以提供更多的能量，因此可以促使菌体以更快的速度生长。
通过驯化过程厌氧微生物几大类数量的变化可以看出,TA还原性开环微生物在逐步驯化适应了TA为唯一碳源的情况下，以反硝化的方式进行TA的降解，同时，自身得到迅速增长，收集的气体中含有大量的N2从侧面说明了这一点。尽管图1中表明V SS的增加只有22.3%，毫无疑问，该数值不能表示TA开环菌的实际值，图5的计数结果表明TA开环菌在驯化的第6周末增加了大约6倍,90天后增加了约20倍。
利用这种驯化方式得到的厌氧污泥，降解含TA有机废水，非TA性6500m g L(主要为乙酸),TA1259m g L,pH618，在中试规模的U A SB2U A FF反应系统中,COD负荷13137g COD L・d,TA负荷1153gTA L・d，总停留时间HR T为2716h，非TA性COD 的去除率为8116%,TA的去除率达到7014%。
3 结论
来自甲烷发酵的厌氧污泥在反硝化条件下，可以TA为唯一碳源快速驯化富集TA厌氧降解菌，然后转换到甲烷发酵状态，其降解速度是对照实验的211倍。6周的驯化,TA 比降解速度qTA(R V SS)为2216m gTA g V SS・d，增加了大约8倍，而对照实验以TA 为唯一碳源在甲烷发酵条件下qTA只增加了318倍;TA开环菌的数量增加了大约6倍。TA降解菌的驯化过程和富集过程是偶联的。
致谢：感谢浙江农业大学厌氧微生物研究室闵航教授在厌氧培养及计数方面提供的帮助。
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Q u ick en richm en t&accli m ati on of an anaerob ic m icrob ial con so rtium u sed fo r b i odegrading terep h thalic acid(TA)
L I X iao2m ing1, CH EN J ian2, LU N Sh i2yi2
(1.D ep t.of Environm en tal Science and Engineering,H unan U n iversity,Changsha,410082;2.Schoo l of
B i o techno logy,W ux i U n iversity of L igh t Indu stry,W ux i,214036)
Abstract:T he seed sludge o riginated from a m ethane ferm en tati on reacto r can be en riched and accli m ated qu ick ly w ith TA as so le carbon sou rce fo r TA anaerob ic degradati on under n itrate resp irati on mode first,and then under m ethane ferm en tati on mode.T h rough62w eek p rocess,a22.6m gTA gV SS・day TA degradati on rate w as ob tained,w h ich w as2.1ti m es of the rate go t from no rm al accli m ati on p rocess.A fter a to tal of90 days fo r the en richm en t and accli m ati on,the ferm en tative bacteria w h ich o riginally ex isted in the seed sludge nearly disappeared,and in stead of them,the TA reductive and cleaving bacteria group w as fo rm ed in the new con so rtium,w h ich w as confirm ed by the M PN coun ts and ro ll tube coun ts.
Key words:D en itrify; T ereph thalic acid; A ccli m ati on
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