研究简介
本研究旨在解决沼气能源化利用中的一个关键问题：高效去除沼气中的恶臭及腐蚀性硫化物，特别是含量丰富且难处理的甲硫醇（MT）。现有生物脱硫技术对硫化氢（H₂S）处理效果良好，但对甲硫醇的去除效率有限。研究团队从天津东江污水处理厂的活性污泥中，成功分离并鉴定出一株能以甲硫醇为碳源和能源的高效降解菌CZ05。通过Biolog系统鉴定和16S rDNA测序分析，该菌株被鉴定为多粘类芽孢杆菌，命名为Paenibacillus polymyxaCZ05。这是首次报道多粘类芽孢杆菌具有降解甲硫醇的能力。研究人员对该菌株进行了系统的特性研究，发现其为兼性厌氧菌，能在pH 4至9的宽范围内良好生长，这为其在成分复杂的沼气处理环境中应用提供了优势。
批次培养实验表明，在添加了葡萄糖的4号培养基中，菌株的生长和甲硫醇降解效率（100小时内达99%）均显著优于单纯的无机盐培养基。研究的核心应用部分，是评估该菌株在串联式生物滴滤器中对模拟沼气中甲硫醇的长期去除性能。该系统以火山石为载体，接种P. polymyxa CZ05，并使用4号培养基作为循环液。长期运行结果表明，即使在较短的30秒空床停留时间和高达60 ppm的进气甲硫醇浓度下，该生物滴滤系统仍能实现99.5%以上的稳定去除率，展现了极高的处理效能和适应性。研究还深入探讨了降解机制，发现菌株在生长过程中会产生碱性物质，这有助于提高甲硫醇在液相中的溶解度，从而促进其生物降解。甲硫醇的降解是一个需氧过程，甲硫醇氧化酶是关键的胞内酶。
此外，研究还发现，硫化氢（H₂S）的存在会与甲硫醇竞争溶解氧，从而抑制甲硫醇的降解，但当溶解氧充足时（约9.6 mg/L），这种竞争性抑制可被消除。本研究成功分离了一株具有应用潜力的甲硫醇降解菌P. polymyxa CZ05，并在模拟沼气生物滴滤脱硫中验证了其高效、稳定的性能。该菌株兼性厌氧、适应pH范围广、并能产生碱性物质的特性，使其在处理含酸性硫化合物的沼气或其他废气方面具有广阔的应用前景。
Bioscreen 全自动生长曲线分析仪的应用
Bioscreen C 被用于测量菌株CZ05的生长曲线。研究人员使用 Bioscreen C 来评估菌株在不同培养基（No.1至No.4）中的生长情况。通过每小时自动测量培养物的浊度（turbidity），设备记录了菌株从延迟期到稳定期的完整生长曲线。Bioscreen C 还被用于测试菌株在不同pH条件下的生长表现。将菌株接种于pH范围3-12的No.4培养基中，并利用该设备连续监测浊度变化，从而确定菌株在pH 4-9范围内生长良好。
实验结果
成功分离出一种可利用MT的细菌，并鉴定为P. polymyxa CZ05，高效降解甲硫醇的细菌被成功地从活性污泥中分离出来，经鉴定为多粘类芽孢杆菌CZ05。该菌在系列运行的生物滴滤器中表现出良好的MT去除性能。在溶解氧（DO）充足的情况下，H₂S的加入不会影响MT的去除效率。P. polymyxa CZ05具有兼性厌氧、能产生碱性物质并能在宽pH范围内生长等优点，这些特性使其应用潜力可扩展至其他酸性气体的处理。P. polymyxaCZ05 所具备的兼性厌氧、能够产生碱性物质以及可在宽泛的pH范围内生长等优点，使其应用范围有望扩展到其他酸性气体的生物处理中。本研究成功分离并应用了一株具有实际工程应用潜力的高效甲硫醇降解菌，为沼气等气体中挥发性有机硫化物的生物净化提供了一种有效的解决方案。
图1、实验室规模生物滴滤器示意图。
图2、 P. polymyxa CZ05在发酵过程中的特性。(a)不同碳源的利用情况；(b) P. polymyxa CZ05在批量培养中对MT的降解情况，符号说明：No.1培养基中MT浓度（j）、No.4培养基中MT浓度（d）；No.1培养基中OD600（h）、No.4培养基中OD600（s）；(c) No.4培养基中pH 3–12的生长情况；(d) 在LB、No.1和No.4培养基中培养过程中pH的变化。
图3、 系列运行生物滴滤器中MT去除情况。(a) 使用No.1培养基，(b) 使用No.4培养基。符号说明：氮气入口MT浓度（j）与出口MT浓度（d）；EBRT（N）。
总结
本研究以活化污泥为接种物，在含甲硫醇（MT）的无机培养基中富集并分离出一种能够降解MT的细菌。通过Biolog测试和16S rDNA测序鉴定，该菌株为多粘菌属（Paenibacillus polymyxa）CZ05。该菌株能够在有机和无机培养基中生长，适应pH范围为4–9。批次培养实验表明，该菌株在No.4培养基中对MT的降解能力优于No.1培养基。利用系列运行的生物滴滤器（以熔岩石为载体）测试该菌株在模拟沼气中去除MT的效果。
长期实验显示，高浓度MT（60 ppm）在停留时间为30秒的条件下可被生物滴滤器高效去除（去除率99.5%）。加入硫化氢会降低MT的去除率，因为溶解氧与MT存在竞争。Bioscreen C 作为一款微生物生长曲线分析仪，在本研究中通过自动化的浊度测量，高效、精准地量化了菌株CZ05的生长特性，通过连续、高频率（每小时）的浊度测量，Bioscreen C 实现了对菌株生长过程的实时跟踪，避免了人工采样的繁琐和误差，确保了数据的准确性和可重复性，为论文中菌株的鉴定、表征及应用提供了关键实验证据。
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