3.结果与讨论
3.1.CZ05菌株的分离与鉴定
通过使用活性污泥作为接种物，在添加了MT作为碳源和能源的1号培养基中，成功富集并分离了MT利用菌。首先选择低MT浓度是因为菌株必须适应利用MT并避免生长抑制。在生长培养基中采用低MT浓度后，接种高MT浓度的培养基。经过六次连续转移后，将培养物在琼脂平板上划线，并在含有气相MT的罐中培养约3天。当小菌落可见时，在显微镜下检查菌落。选择若干菌落进行传代培养。选择生长最快的菌落CZ05进行进一步研究。产孢的CZ05细胞呈杆状，大小为2.0-4.0x0.6-0.8微米，革兰氏阴性，兼性厌氧。在1号培养基平板上的菌落小而呈牡蛎白色，直径为1-1.5毫米。
Biolog微生物系统结果显示，CZ05菌株能充分利用95种碳源中的28种。该菌株被鉴定为多粘类芽孢杆菌，概率为100%。将16S rDNA序列在公共数据库中进行比对。结果显示该菌株为多粘类芽孢杆菌属，相似性为99%。因此，CZ05菌株被命名为多粘类芽孢杆菌CZ05。
3.2.发酵过程中多粘类芽孢杆菌CZ05的特性表征
利用MT的多粘类芽孢杆菌CZ05是兼性厌氧菌；因此，它可用于去除沼气中的MT。多粘类芽孢杆菌作为一种生物防治菌已被一些研究人员报道；然而，本研究是首次报道多粘类芽孢杆菌作为MT利用菌。因此，有必要研究多粘类芽孢杆菌CZ05在发酵过程中的特性。
如果向无机培养基中添加有机碳源，菌株会长得更快。因此，选择了四种介质来研究利用碳源的菌株。使用Bioscreen C通过每小时测量浊度来记录生长曲线（图2a）。多粘类芽孢杆菌CZ05既是化能自养菌（在1号培养基中），也是化能异养菌（在2号和3号培养基中）。多粘类芽孢杆菌CZ05在所有四种培养基中都能良好生长。然而，当培养基中存在有机碳源时，它生长迅速。延滞期和稳定期的生长顺序如下：延滞期为No.4>No.3≥No.2>No.1（与维持时间成反比），稳定期为No.1>No.4>No.3>No.2（根据维持时间）。CZ05菌株在4号培养基中具有短延滞期和长稳定期。
在两种介质（1号和4号）中进行分批培养，以进一步研究多粘类芽孢杆菌CZ05对MT的降解。结果如图2b所示。多粘类芽孢杆菌CZ05能有效降解1号和4号培养基中的MT；降解率在100小时分别达到91%和99%。4号培养基中的生物降解性能更好，菌体浓度更高（图2b）。这是生物滴滤池操作过程中的一个要求。因此，选择4号培养基进行进一步研究。
图2. 多粘类芽孢杆菌CZ05发酵过程特性。(a) 不同碳源的利用情况；(b) 降解MT的多粘类芽孢杆菌CZ05分批培养，符号：1号培养基(■)和4号培养基(●)中的MT浓度；1号培养基(□)和4号培养基(○)中的OD600值；(c) 在pH 3至12的4号培养基中的生长情况；(d) LB、1号和4号培养基培养过程中pH值的变化。
在4号培养基中，选择pH范围3-12作为培养条件，以研究多粘类芽孢杆菌CZ05的pH耐受性。结果通过Bioscreen C每小时测量浊度记录（图2c）。该菌株在pH 4-9范围内生长良好，但在pH 11-12时不生长。在pH 3和pH 10下观察到长达10小时的延滞期。
进行以下实验以确定CZ05菌株为何能在pH 3-12范围内生长。将多粘类芽孢杆菌CZ05接种到LB以及1号和4号培养基中，以测量培养基中pH的变化。如图2d所示，所有培养基中的pH值先下降后上升。在4号和LB培养基中，该值稳定在约pH 8.5，在1号培养基中稳定在6.5。CZ05菌株在其生长过程中产生碱性物质。当向培养基中添加有机物时，菌株能产生更多的碱性物质。这一特性可以提高酸性物质的溶解度，并解释了为什么多粘类芽孢杆菌CZ05在4号培养基中能在如此宽的pH范围内生长。
所有这些结果表明，多粘类芽孢杆菌CZ05适用于在生物滴滤池中去除沼气中的MT。
3.3.生物滴滤池中MT的降解
MT的去除率（R）和去除能力（Rc）通过R=(Cin-Cout)/Cin和Rc=(Cin-Cout)Q/V评估，其中Cin是入口浓度，Cout是出口浓度，Q是气体流速，V是塔的体积。
使用以火山石为载体材料的串联操作生物滴滤池（图1），通过接种多粘类芽孢杆菌CZ05培养物进行初始化。选择1号培养基作为串联操作生物滴滤池中的循环液，流速为6 L/h。在实验开始时，未向第一个生物反应器鼓入空气，并且未使用第二个填充塔。本实验的初始氮气流速为0.03 m3/h，EBRT为180秒，MT浓度约为10 ppm。启动期间第一个生物过滤器出口处的MT浓度为2 ppm。然后以0.01 m3/h的流量向第一个生物反应器鼓入空气（启用第二个填充塔）。第一个生物过滤器出口处的MT浓度约为0.1 ppm。3天后，入口MT浓度增加到20 ppm。尽管改变了空气流量和循环液流量，第一个生物过滤器出口处的MT浓度并未降至5 ppm以下（图3a）。在此阶段，循环液的pH约为6.0。当选择1号培养基作为循环液时，R约为70%，RC为40 mmol m-3 h-1。
图3. 串联操作生物滴滤池中MT的去除情况：(a)使用1号培养基，(b)使用4号培养基。符号：氮气进口(■)和出口(●)中的MT浓度；空床停留时间(▲)
然后在串联操作生物滴滤池中选择4号培养基作为循环液。保留其他操作条件。当实验氮气流速设置为0.03 m3/h，EBRT为180秒，MT浓度约为10 ppm时，第一个塔出口处的MT浓度约为0.1 ppm，但在3天内增加到约1 ppm。以0.01 m3/h的流量向第一个生物反应器鼓入空气（同样启用第二个填充塔），第一个塔出口处的MT浓度设置为低于检测限（<0.05 ppm）。3天后，入口MT浓度增加到20 ppm，导致第一个塔出口MT浓度瞬时增加。MT浓度在接下来的3天内降至检测限以下。在第13天，流速增加到0.09 m3/h，EBRT减少到60秒。出口浓度增加到10 ppm，但在接下来的2天内降至0.1 ppm。在第16天，流速进一步增加到约0.18 m3/h，EBRT为30秒。第一个塔出口处的MT浓度增加到约5 ppm，但在接下来的3天内降至检测限以下。入口浓度逐渐增加（第20至25天为40 ppm；第25天起为60 ppm）（图3b）。这种逐渐增加导致出口MT浓度高；然而，浓度迅速降至1 ppm以下。在此阶段，第一个生物反应器中循环液的pH约为7.5，第二个生物反应器中为8.6。
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