微生物混合菌群降解水相中甲硫醚的方法及其富集方法

1.本发明涉及一种微生物混合菌群降解水相中甲硫醚的方法及其富集方法，属于环境生物化学修复技术应用技术领域。


背景技术：

2.vocs(挥发性有机污染物)是形成pm2.5和o3的重要前体物之一，vocs及其形成的二次污染物不仅对空气质量造成较大影响，而且对人体健康造成负面影响，尤其vocs中的苯系物、醛类和卤代烃类等组分，具有刺激性、毒性和致癌作用，危害人体健康，因此vocs污染防治已成为当前大气污染防治的一个热点问题。事实上，大多数恶臭物质只是vocs中的一类，它往往是由多种有机物组分构成的混合物，也是一种典型的大气环境污染。
3.肥料厂周围的恶臭气味是由含有大量有机物、营养物质以及其他化合物的畜禽粪便在堆肥发酵罐中的厌氧微生物分解。发酵罐系统内产生的气味大部分是nh3和voscs(挥发性有机硫化物)以及一些有机胺类物质。挥发性有机硫化合物，如二硫化碳、甲硫醇、甲硫醚、乙硫醇、二甲二硫醚等，虽然浓度较低，但却是导致大多数恶臭气味投诉背后的关键化合物。这些物质在非常低的浓度水平下也能检测到，并且在大气中扩散地会相对缓慢，直到达到远低于对应于有害水平的浓度的浓度水平。
4.甲硫醚(dms)已被确定为voscs中臭味来源的主要贡献者。尽管肥料厂处理设施的缓解策略能够控制脂肪酸的酸败气味和硫化氢的腐烂鸡蛋气味，但其"烂白菜"的气味仍然存在。除了造成恶臭污染，引起人体感官的不适，甲硫醚也会在一定程度上对地球气候的变化产生影响。甲硫醚(dms)是排放到大气中的最丰富的含硫化合物。dms主要由一些海洋藻类和海水上层的浮游植物释放出来。dms在海洋上部大气中的氧化将产生各种含硫化合物，如二氧化硫、二甲亚砜(dmso)、甲烷磺酸、二甲砜和硫酸。so2是大气中硫酸盐气溶胶颗粒的前体，硫酸盐气溶胶颗粒作为云雾凝结核(ccn)导致形成新的气溶胶。ccn对气候影响很大，因为它们通过散射太阳辐射和影响云的微物理学和反照率来影响大气和云的辐射特性。因此，海洋上空大量排放的dms可能对地球的气候的变化产生重要作用。
5.含硫恶臭废气现有的处理方法主要包括物理吸附法、化学氧化法及生物处理法。物理吸附法和化学氧化法成本高，易造成二次污染，难以大规模用于含硫恶臭气体处理中。其中，生物法控制恶臭污染技术到现在已经存在近半个世纪，工艺已基本成熟。生物法主要通过利用微生物的新陈代谢来降解有机物，共分为生物洗涤法、生物滤池法和生物滴滤法三类。同时，由于生物法独特的生态和经济优势，使其在处理恶臭气体方面受到越来越多的重视。生物法以其治理效果好、运行费用低、无二次污染等优点在各种方法中脱颖而出，在处理vocs及恶臭方面被证实是有效、生态友好和潜在节约成本的方法，是最有发展前景的技术。
6.但生物法的前提是要筛选到一种或多株高效耐受并降解甲硫醚菌株，现已报道的具有甲硫醚降解功能的微生物的数量并不多，而持续筛选能降解甲硫醚且降解效率高的甲硫醚降解菌在恶臭有机废气的净化方面具有非常重要的意义。微生物混合菌群往往比纯培
养物具有更好的性能表现。混合菌群作为一种多菌体共存的生物群体，在其生长过程中能分解有机物的同时依靠各种微生物之间相互共生增殖及协同代谢作用降解环境中的有机物，并能激活其他具有净化功能的微生物，从而形成复杂而稳定的微生态系统。与微生物纯培物相比，从自然环境富集而来的微生物混合菌群的基因更具多样性、代谢途径更加丰富，可以增强代谢功能交叉喂食，建立的稳定的生存关系和拥有降解性能，故在有机污染物降解方面更具潜力。同时，疏水性vocs气液相间传质阻力大，限制了其降解，导致单一生物技术去除效率较低。目前，国内外改善疏水有机废气降解的强化技术主要有三个方面：表面活性剂强化、真菌微生物强化和优化生物反应器强化。在实验室条件下，上述三种强化途径对疏水有机废气均有一定的强化作用，通过强化生物系统降解有机物的能力来提高去除效率，鉴于表面活性剂具有绿色简单快捷等特点，在强化生物系统方面应用前景比较大。而且，也有许多研究表明表面活性剂和金属离子对污染废气中vocs去除有较好的促进作用。
7.因此，能否提供一种方法促进功能微生物菌群高效降解甲硫醚是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

8.本发明针对含有甲硫醚的废气以及污水环境的治理和一般的微生物纯培养物往往在环境中定殖能力弱的问题，提供了一种菌群稳定、降解性能好的微生物混合菌群，更加适用于修复污染场地，从而提出一种微生物混合菌群降解水相中甲硫醚的方法及其富集方法。
9.本发明的技术方案是这样实现的：一种降解水相中甲硫醚的微生物混合菌群，所述微生物混合菌群包括硫杆菌属、拟杆菌属、生丝微菌属、里德拜特氏菌属以及芽孢杆菌属。
10.进一步，所述微生物混合菌群包括丰度百分数(otus)为30-40％的thiobacillus(硫杆菌属)，丰度百分数为5-15％的bacteroides(拟杆菌属)，丰度百分数为5-10％的hyphomicrobium(生丝微菌属)，丰度百分数为2-5％的leadbetterella(里德拜特氏菌属)，丰度百分数为0.1-0.2％的bacillus(芽孢杆菌属)。
11.进一步，所述微生物混合菌群包括otus丰度百分数为33-38％的thiobacillu s(硫杆菌属)，丰度百分数为8-12％的bacteroides(拟杆菌属)，丰度百分数为7-9％的hyphomicrobium(生丝微菌属)，丰度百分数为3-4％的leadbetterella(里德拜特氏菌属)，丰度百分数为0.1-0.2％的bacillus(芽孢杆菌属)。
12.进一步，将所述微生物混合菌群与含有mg2+和皂角苷的水溶液混合后对甲硫醚进行降解。
13.进一步，水溶液中mg
2+
的浓度为5-15mg/l。
14.进一步，水溶液中皂的浓度为90-110mg/l。
15.一种降解水相中甲硫醚的微生物混合菌群的富集方法，包括以下步骤：步骤一,基础无机盐培养基培养：取来自于长期运行的处理甲硫醚废气的生物滴滤塔填料表面的生物膜加入纯水中制成混悬液，取混悬液接种于无机盐培养基中，加入甲硫醚恒温振荡摇床中培养，取培养液重新转接于新鲜的无机盐培养基，加入甲硫醚，相同条件下培养；
16.步骤二，富集驯化：定期检测培养基中剩余甲硫醚的浓度，待其浓度明显降低之
后，重新转接至新鲜的无机盐培养基，并添加相同浓度甲硫醚，如此连续富集驯化，维持该污染物浓度继续多次驯化获得最终的微生物混合菌群富集液。
17.进一步，所述无机盐培养基按下述比例配制：na2hpo
4 1.8g/l，kh2po
4 1.0g/l，nh4cl 1.0g/l，mgcl
2 0.2g/l，cacl
2 0.024g/l，fecl
2 1.0g/l,h3bo
3 0.014g/l,mncl
2 0.10g/l,zncl
2 0.10g/l,na2moo4·
2h2o 0.02g/l,cocl2·
6h2o 0.02g/l，ph为7.2，121℃高温灭菌20min。
18.本发明的有益效果为：本发明功能微生物混合菌群可以以甲硫醚作为碳源进行代谢和生长，甲硫醚作为电子受体被有效降解。mg
2+
和皂角苷的添加使得混合菌群具有更好的降解效果，当mg
2+
和皂角苷浓度分别为10mg/l和100mg/l时。实验室的摇瓶试验表明该混合菌群能够在24h内高效降解水相中35mg/l的甲硫醚，具有良好的修复效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为实施例1微生物混合菌群的扩增子测序结果属水平组成图；
21.图2为实施例1微生物混合菌群在不同mg
2+
浓度下对甲硫醚的降解效果图；
22.图3为微生物混合菌群在不同皂角苷浓度条件下对35mg/l甲硫醚的降解效果图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.一种降解甲硫醚的微生物混合菌群的富集方法，包括如下步骤：
26.(1)基础无机盐培养基培养：微生物来自于长期运行的处理甲硫醚废气的生物滴滤塔填料表面采集的生物膜。取5g生物膜加入50ml纯水中制成混悬液，取5ml混悬液接种于100ml无机盐培养基中，加入甲硫醚使得其最终浓度为35mg/l，于30℃，170r/min恒温振荡摇床中培养72h。之后取10％(v/v)培养液重新转接于新鲜的100ml无机盐培养基，加入甲硫醚使得其最终浓度为35mg/l，相同条件下培养。
27.(2)富集驯化：定期检测培养基中剩余甲硫醚的浓度，待其浓度明显降低之后，重新转接至新鲜的无机盐培养基，并添加相同浓度甲硫醚。如此连续富集驯化，维持该污染物浓度继续多次驯化获得最终的功能微生物富集液。
28.上述无机盐培养基按下述比例配制：na2hpo
4 1.8g/l，kh2po
4 1.0g/l，nh4cl 1.0g/l，mgcl
2 0.2g/l，cacl
2 0.024g/l，fecl
2 1.0g/l,h3bo
3 0.014g/l,mncl
2 0.10g/l,zncl
2 0.10g/l,na2moo4·
2h2o 0.02g/l,cocl2·
6h2o 0.02g/l，ph 7.2，121℃高温灭菌20min。
29.采用上述方法获得微生物混合菌群，扩增子测序结果属水平分类如图1所示。所述
的细菌包括otus丰度百分数包括31％的thiobacillus(硫杆菌属)，10.21％的bacteroides(拟杆菌属)，5.85％的hyphomicrobium(生丝微菌属)，4.2％的leadbetterella(里德拜特氏菌属)，0.18％的bacillus(芽孢杆菌属)。
30.实施例2
31.以10％(v/v)接种量将混合菌群接入含35mg/l甲硫醚的无机盐培养基中，分别设置培养基中mg
2+
浓度为2mg/l、5mg/l、10mg/l、25mg/l和50mg/l，在30℃，170r/min恒温振荡摇床中培养96h，定期取样测定培养基中甲硫醚的浓度，考察混合菌群对甲硫醚的降解效果，结果如图2所示。混合菌群能够有效地降解培养基中的甲硫醚，可以发现在mg
2+
浓度为10mg/l时，菌群在72h就能将35mg/l甲硫醚降解完毕，而其他浓度组在96h依然未降解完全，所以当培养基中mg
2+
浓度为10mg/l具有更高的降解率。
32.实施例3
33.为了得到皂角苷的最佳促进浓度，设置不同浓度组探究它们对对混合菌群降解性能影响，设置培养基中皂角苷的浓度分别为0mg/l、50mg/l、100mg/l、150mg/l和300mg/l，以10％(v/v)接种量将混合菌群接入含35mg/l甲硫醚的无机盐培养基中，在30℃，170r/min培养箱中培养72h，定期取样测定培养基中甲硫醚的浓度，结果如图3所示。混合菌群在皂角苷浓度为100-300mg/l范围内具有较好的降解效果，从图中可以看到当皂角苷浓度为100mg/l时，甲硫醚的降解率在24h已接近100％，而未加皂角苷的对照组其降解率在24h仅为11.82％，显然，皂角苷的投加使得菌群降解甲硫醚的速率得到了极大的提升，其中100mg/l是最佳浓度。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种微生物混合菌群降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：所述微生物混合菌群包括硫杆菌属、拟杆菌属、生丝微菌属、里德拜特氏菌属以及芽孢杆菌属。2.如权利要求1所述的降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：所述微生物混合菌群包括丰度百分数为30-40％的硫杆菌属，丰度百分数为5-15％的拟杆菌属，丰度百分数为5-10％的生丝微菌属，丰度百分数为2-5％的里德拜特氏菌属，丰度百分数为0.1-0.2％的芽孢杆菌属。3.如权利要求1所述的降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：所述微生物混合菌群包括丰度百分数为33-38％的硫杆菌属，丰度百分数为8-12％的拟杆菌属，丰度百分数为7-9％的生丝微菌属，丰度百分数为3-4％的里德拜特氏菌属，丰度百分数为0.1-0.2％的芽孢杆菌属。4.如权利要求1所述的降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：将所述微生物混合菌群与含有mg
2+
和皂角苷的水溶液混合后对甲硫醚进行降解。5.如权利要求4所述的降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：水溶液中mg
2+
的浓度为5-15mg/l。6.如权利要求4所述的降解水相中甲硫醚的方法，其特征在于：水溶液中皂的浓度为90-110mg/l。7.一种降解水相中甲硫醚的微生物混合菌群的富集方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一,基础无机盐培养基培养：取来自于长期运行的处理甲硫醚废气的生物滴滤塔填料表面的生物膜加入纯水中制成混悬液，取混悬液接种于无机盐培养基中，加入甲硫醚恒温振荡摇床中培养，取培养液重新转接于新鲜的无机盐培养基，加入甲硫醚，相同条件下培养；步骤二，富集驯化：定期检测培养基中剩余甲硫醚的浓度，待其浓度明显降低之后，重新转接至新鲜的无机盐培养基，并添加相同浓度甲硫醚，如此连续富集驯化，维持该污染物浓度继续多次驯化获得最终的微生物混合菌群富集液。8.如权利要求7所述的降解水相中甲硫醚的微生物混合菌群的富集方法，其特征在于：所述无机盐培养基按下述比例配制：na2hpo
4 1.8g/l，kh2po
4 1.0g/l，nh4cl 1.0g/l，mgcl
2 0.2g/l，cacl
2 0.024g/l，fecl
2 1.0g/l,h3bo
3 0.014g/l,mncl
2 0.10g/l,zncl
2 0.10g/l,na2moo4·
2h2o 0.02g/l,cocl2·
6h2o 0.02g/l，ph为7.2，121℃高温灭菌20min。

技术总结
本发明提出了一种微生物混合菌群降解水相中甲硫醚的方法，所述微生物混合菌群包括硫杆菌属、拟杆菌属、生丝微菌属、里德拜特氏菌属以及芽孢杆菌属。本发明功能微生物混合菌群可以以甲硫醚作为碳源进行代谢和生长，甲硫醚作为电子受体被有效降解。Mg


技术研发人员：许燕滨 易科成 李宇馨 伍尚权 徐嘉欣 邓隆华
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/25