硫氧化菌篩選及生物氧化特征研究

于淑豪，翟中葳，沈豐菊，梁軍鋒*，張克強(qiáng)*，李明堂，王銳

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春 130118；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津 300191；3.咸寧市咸安區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，湖北 咸寧 437000）

我國是畜禽養(yǎng)殖大國，據(jù)報(bào)道2020年我國生豬、牛、羊出欄量分別為52 704萬、4 565萬、31 941萬頭，養(yǎng)殖當(dāng)量居世界首位[1-3]。如此龐大的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，引發(fā)了一系列的環(huán)境問題，其中惡臭氣體是養(yǎng)殖場的主要污染物之一，嚴(yán)重影響場區(qū)周邊空氣質(zhì)量。據(jù)2021年生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計(jì)[4]，2020年全年畜牧業(yè)惡臭投訴占全部惡臭/異味投訴的比例為12.7%，居所有被投訴行業(yè)首位。這些惡臭氣體排放不僅對畜禽本身的生長有影響，而且對周邊環(huán)境及人類健康也是一種危害，因此畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的惡臭問題，已經(jīng)成為急需解決的問題。

畜禽養(yǎng)殖場的惡臭氣體源自畜禽養(yǎng)殖與糞污處理過程，如動(dòng)物呼吸、動(dòng)物糞尿、廢水處理及糞便處理等[5]。畜禽養(yǎng)殖所帶來的惡臭成分復(fù)雜多樣，按照其成分可以歸為：氨和揮發(fā)性胺類、吲哚和酚類、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸等[6]，其中硫化氫因其嗅閾值低、排放量大而受到廣泛關(guān)注[7]。TRABUE等[8]研究發(fā)現(xiàn)硫化氫是豬糞貯存過程中排放的主要致臭氣體，占比在65%以上；沈玉君等[9]的研究表明硫化氫是豬糞好氧發(fā)酵過程中的主要致臭因子，因此畜禽養(yǎng)殖場硫化氫去除是惡臭污染治理的關(guān)鍵因素之一。

目前針對養(yǎng)殖場硫化氫的去除技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法、生物法等[10-12]，其中生物法因成本低、無二次污染、設(shè)備簡單等而逐漸成為治理惡臭的主要方法[13]。葉芬霞等[14]從養(yǎng)殖場土壤中篩選出3株除臭菌株，復(fù)配制成菌劑后噴灑于糞污表面，可降低65%的硫化氫排放。CHEN等[15]從堆肥樣品中篩選得到一株細(xì)菌，可降低堆肥過程中35.4%的硫化氫排放。生物除臭中應(yīng)用于硫化氫惡臭氣體去除的微生物主要為硫氧化菌（Sulfur-oxidizing bacteria，SOB）。目前的研究多集中在自養(yǎng)菌中，但自養(yǎng)菌普遍生長緩慢、硫氧化性能弱，這使其在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。異養(yǎng)型硫氧化菌在自然界中分布廣泛、數(shù)量繁多，已在多種生境中發(fā)現(xiàn)異養(yǎng)硫氧化菌的存在，如礦區(qū)、濕地、湖泊、土壤、海洋等[16-17]，同時(shí)異養(yǎng)菌生長速度快、抗干擾性強(qiáng)，具備更高的硫氧化能力[18-19]。如徐桂芹等[20]篩選得到12株硫氧化菌，并對其中5株自養(yǎng)菌、5株異養(yǎng)菌進(jìn)行脫臭性能研究，結(jié)果表明異養(yǎng)硫氧化菌的硫氧化速率高于自養(yǎng)菌株；梁美聲等[21]篩選得到6株異養(yǎng)硫氧化菌及1株自養(yǎng)硫氧化菌，并以硫化物為底物研究其脫硫效率，結(jié)果表明異養(yǎng)菌對硫化物的去除效率優(yōu)于自養(yǎng)菌。GAO等[22]的研究發(fā)現(xiàn)在生物反應(yīng)器中接種假單胞菌可以快速啟動(dòng)硫氧化反應(yīng)，且該菌可以耐受較高的硫化物濃度，并保持較高的元素硫生成速率。本研究旨在篩選出一種對硫化氫具有高效降解能力且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的異養(yǎng)菌株，通過生物強(qiáng)化技術(shù)控制糞污惡臭污染，為畜禽惡臭去除技術(shù)研發(fā)提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 樣品采集

樣品采集于天津市神馳牧場污水貯存池，樣品混勻后用500 mL無菌聚乙烯瓶收集，放置冰袋中保藏并運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室。

1.1.2 培養(yǎng)基

富集培養(yǎng)基為丁二酸鈉培養(yǎng)基[23]，其組分為C4H4Na2O410 g·L-1、KH2PO40.5 g·L-1、MgCl20.2 g·L-1、NH4Cl 0.6 g·L-1、NaHCO33 g·L-1、NaCl 5 g·L-1、Na2S·9H2O 0.8 g·L-1，pH 9.5，用去離子水溶解并定容至1 L。分離培養(yǎng)基為丁二酸鈉瓊脂培養(yǎng)基，其基礎(chǔ)成分同富集培養(yǎng)基，另按20 g·L-1比例添加瓊脂。Na2S·9H2O添加方法：取適量Na2S·9H2O溶于少量無菌水中，用無菌注射器吸取溶液，并用0.22 μm無菌微孔濾膜過濾除菌后，緩慢加入到經(jīng)高壓蒸汽滅菌后冷卻至50℃的培養(yǎng)基中。擴(kuò)繁培養(yǎng)基為營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基，pH 7.2。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 高效硫氧化菌篩選

1.2.1.1 菌株的分離鑒定及硫氧化能力測試

菌株的分離：取樣本在富集培養(yǎng)基中經(jīng)多次稀釋富集后，在分離平板上劃線分離優(yōu)勢菌屬并作斜管保存。

菌株的16S rRNA測序鑒定：取足量菌液在4℃和8 000 r·min-1條件下離心，并用無菌水清洗3次以獲得測序菌體。利用DNA提取試劑盒提取菌株基因組作為模板，采用細(xì)菌通用引物F27（AGAGTTTGATCCTGGCTCAG）和R1492（GGTTACCTTGTTACGACTT）進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。擴(kuò)增產(chǎn)物由生工生物工程（上海）股份有限公司進(jìn)行測序，通過NCBI數(shù)據(jù)庫對測序結(jié)果進(jìn)行序列比對，在MEGA 7.0軟件中運(yùn)用鄰接法（Neighbor-Joining Method）構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化發(fā)育樹，進(jìn)化樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過1 000次引導(dǎo)重復(fù)取樣檢驗(yàn)。

菌株的硫（S2-）氧化能力測試：取活化后的菌液用無菌水調(diào)整Optical density（OD600）值為1.0，按5%接種量接種至富集培養(yǎng)基中，于30℃、150 r·min-1、自然pH條件下?lián)u床培養(yǎng)120 h，對照組不添加菌液，每處理組3個(gè)重復(fù)。培養(yǎng)0、2、4、8、12、18、24、48、72、96、120 h時(shí)從三角瓶中取樣測定反應(yīng)液中的S2-與SO2-4濃度。

生長曲線測定：取活化后的菌液用無菌水調(diào)整OD600值為1.0，按5%接種量接種至富集培養(yǎng)基中，于30℃、150 r·min-1、自然pH條件下?lián)u床培養(yǎng)120 h，每2 h進(jìn)行一次取樣，取樣間隔隨培養(yǎng)時(shí)間適當(dāng)延長，測定菌液的OD600值，以此表征菌株的生長情況。

1.2.1.2 菌株對糞污中硫化氫氣體的減排效果

從天津市神馳牧場污水貯存池中采集污水樣品進(jìn)行試驗(yàn)，樣品基本理化性質(zhì)為：pH 6.8、干物質(zhì)含量3.8%、總氮含量1 193.8 mg·L-1、總磷含量156.05 mg·L-1。硫化氫和氨氣排放測試裝置為可密封玻璃容器，容積為2.5 L，裝置示意圖見圖1。試驗(yàn)方法參照張生偉等[24-26]的研究，具體如下：取800 mL污水樣品于裝置內(nèi)，將菌液按1%的接種量接種，攪拌均勻后分別放入含有20 mL硼酸及鋅銨絡(luò)鹽溶液的50 mL燒杯中吸收氨氣及硫化氫，每處理組3個(gè)重復(fù)。將上述裝置放在恒溫培養(yǎng)箱中30℃培養(yǎng)3 d后測定吸收液中氨氣及硫化氫的含量。

圖1 裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of the device

1.2.2 不同因素對菌株S2-氧化特征的影響

設(shè)置單因素試驗(yàn)分別測定菌株在不同接種量、溫度、轉(zhuǎn)速、初始pH條件下2 h時(shí)的OD600及S2-去除效果。接種量試驗(yàn)中培養(yǎng)條件為溫度30℃、轉(zhuǎn)速150 r·min-1、初始pH自然（9.5），接種量設(shè)為1%、2%、4%、6%、10%；溫度試驗(yàn)中培養(yǎng)條件為接種量4%、轉(zhuǎn)速150 r·min-1、初始pH自然（9.5），溫度設(shè)為15、20、25、30、35、40℃；轉(zhuǎn)速試驗(yàn)中培養(yǎng)條件為接種量4%、溫度30℃、初始pH自然（9.5），轉(zhuǎn)速設(shè)為0、30、60、90、120、150、180、210 r·min-1；初始pH試驗(yàn)中培養(yǎng)條件為接種量4%、溫度30℃、轉(zhuǎn)速150 r·min-1，初始pH設(shè)為6、7、8、9、10。試驗(yàn)所用菌液均為培養(yǎng)48 h時(shí)的新鮮菌液，對照組不添加菌液，每處理組3個(gè)重復(fù)。

1.2.3 菌株硫氧化Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化

在4%接種量下，選取溫度、轉(zhuǎn)速、初始pH為考察因子，以2 h時(shí)S2-去除率作為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design-Expert軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析，變量的編碼和水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)的編碼和水平設(shè)計(jì)Table 1 Encoding and horizontal design of response surface test

1.2.4 不同S2-負(fù)荷條件下的去除效果及動(dòng)力學(xué)分析

將菌液按4%接種量接種至含不同濃度S2-（100、200、500、1 000 mg·L-1）的富集培養(yǎng)基中，并用經(jīng)0.22 μm滅菌微孔濾膜過濾除菌后的HCl溶液調(diào)整培養(yǎng)基初始pH為8.2，在32.5℃、210 r·min-1條件下培養(yǎng)2 h測定反應(yīng)液中S2-含量。采用One phase exponential decay（OPED、公式1）和Plateau followed by one phase decay（PFOPD、公式2）[15]兩種模型分析不同S2-負(fù)荷條件下的動(dòng)力學(xué)特性。

式中：y為x時(shí)刻S2-濃度，mg·L-1；y0為x=0時(shí)的y值，mg·L-1；Plateau為最終時(shí)刻S2-濃度，mg·L-1；k為速率常數(shù)，h-1。

1.2.5 測定方法

S2-濃度采用流動(dòng)注射-亞甲基藍(lán)分光光度法（北京吉天，F(xiàn)IA6000）測定，SO2-4濃度采用比濁法（美國哈希，DR 5000）測定，氨氣與硫化氫排放量分別用硼酸吸收凱氏定氮法和鋅銨絡(luò)鹽吸收比色法測定。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2007處理，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行方差分析（顯著性差異水平設(shè)置為0.05）。采用GraphPad Prism 8.0.2及Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖及動(dòng)力學(xué)擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌株的篩選及鑒定

2.1.1 菌株的分離鑒定及S2-氧化能力測試

經(jīng)過富集、分離、篩選得到一株高效異養(yǎng)硫氧化菌，菌株的16S rRNA基因測序鑒定（系統(tǒng)發(fā)育樹見圖2）表明該菌株屬于鹽單胞菌屬（Halomonas），命名為Halomonassp.AEB2。菌株AEB2對水中S2-的氧化效果及SO2-4的產(chǎn)量分析見圖3a和圖3b，從圖中可知菌株AEB2對S2-的氧化速率較快，在培養(yǎng)4 h后，S2-的濃度由100 mg·L-1下降至4 mg·L-1，較不接菌對照處理下降了92.7%（P＜0.05）。接菌處理組的硫酸鹽含量整個(gè)培養(yǎng)過程中趨向于零，且反應(yīng)液顏色呈現(xiàn)出由無色至黃色并逐漸加深最終轉(zhuǎn)化為乳白色渾濁的現(xiàn)象，而對照組反應(yīng)液始終保持清澈透明狀態(tài)，這與FAN等[27]報(bào)道的單質(zhì)硫產(chǎn)生現(xiàn)象一致，由此推測菌株AEB2在對S2-的氧化過程中產(chǎn)生了單質(zhì)硫。同時(shí)在反應(yīng)過程中反應(yīng)液pH由9.5升高至9.65，可判斷該菌屬于產(chǎn)堿型硫氧化菌。產(chǎn)堿型硫氧化菌主要通過S4I途徑產(chǎn)生連四硫酸鹽作為中間產(chǎn)物，使培養(yǎng)過程中反應(yīng)液pH升高，該途徑多存在于鹽單胞菌屬及假單胞菌屬中[28]。高pH的反應(yīng)體系在實(shí)際應(yīng)用中更利于捕捉硫化氫氣體，而硫酸鹽的產(chǎn)生與積累常會導(dǎo)致生物反應(yīng)器pH降低[29]，進(jìn)而影響反應(yīng)器運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此菌株AEB2的這一特性有利于其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。目前對于鹽單胞菌屬細(xì)菌的研究主要有鹽堿環(huán)境的氮污染治理[30]、反硝化[31-32]、生物降解多環(huán)芳烴[33]等，而關(guān)于該屬細(xì)菌S2-氧化能力的研究較少[17，34-35]，WANG等[36]對該屬細(xì)菌反硝化及硫氧化基因進(jìn)行系統(tǒng)整理，發(fā)現(xiàn)sqr、fccAB、pdo和tsdA等關(guān)鍵硫氧化基因在該屬細(xì)菌內(nèi)廣泛存在，為菌株的應(yīng)用提供了一定的理論支撐。

圖2 菌株AEB2與相關(guān)種的16S rRNA序列系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹Figure 2 Phylogenetic tree of 16S rRNA sequences of strain AEB2 and related species

菌株的生長曲線如圖3c所示，菌株AEB2在培養(yǎng)的前4 h生長緩慢，處于遲緩期階段，4 h之后菌株進(jìn)入對數(shù)生長期，24 h左右進(jìn)入穩(wěn)定期，菌株生長速度放緩，約在48 h時(shí)達(dá)到頂峰，OD600值為2.6?？傮w來看，菌株AEB2生長較快且穩(wěn)定期生物量大，利于在復(fù)雜環(huán)境中占據(jù)生態(tài)位。

2.1.2 菌株對奶牛場糞污硫化氫氣體的減排效果

能否在復(fù)雜環(huán)境中生長并發(fā)揮功能是檢驗(yàn)優(yōu)良菌株的重要因素，菌株AEB2對糞污中硫化氫及氨氣的減排效果見圖3d。結(jié)果表明，在1%的接種量下，接種3 d后接菌處理組的硫化氫排放量為32.94 μg，較不接菌處理組下降了47.1%，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），表明菌株AEB2對于糞污中硫化氫氣體具有較好的減排效果。

圖3 菌株篩選試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 Strain screening test results

2.2 菌株的S2-氧化特性

2.2.1 接種量對S2-去除效果的影響

接種量試驗(yàn)結(jié)果表明（圖4a），S2-的去除率隨接種量的增加呈逐步增長的趨勢。當(dāng)接種量為1%～4%時(shí)，S2-去除率快速增長，為11.6%～98.2%；當(dāng)接種量為4%～10%時(shí)，S2-去除率的增長趨勢減緩，為98.2%～99.9%。方差分析結(jié)果表明，4%～10%處理下S2-的去除率與1%、2%處理差異顯著（P＜0.05）。OD600的變化規(guī)律呈現(xiàn)出與S2-去除率相同的趨勢。由此可見，當(dāng)接種量大于4%時(shí)即可快速啟動(dòng)S2-的去除功能，縮短微生物生長的遲滯期。S2-對細(xì)菌具有一定的毒理性功能[37]，從而對細(xì)菌的生長產(chǎn)生一定的抑制作用。初始菌濃度增加后，S2-對細(xì)菌的抑制作用減弱，縮短了S2-去除的遲緩期；同時(shí)初始菌濃度不同會導(dǎo)致細(xì)菌生長速率差異，高接種量下細(xì)菌的生長速率較快，從細(xì)菌生長量的結(jié)果來看，接種量越高，OD600增量越大，S2-去除效果越強(qiáng)。

2.2.2 溫度對S2-去除效果的影響

溫度試驗(yàn)結(jié)果表明（圖4b），當(dāng)溫度從15℃上升至40℃時(shí)，S2-去除率與OD600均呈先升后降的趨勢。其中溫度為30℃時(shí)S2-的去除率最高，為98.5%。當(dāng)培養(yǎng)溫度從15℃上升至30℃時(shí)，S2-去除率由54.8%逐步升高至98.5%，培養(yǎng)溫度由30℃升高至40℃時(shí)，S2-去除率穩(wěn)定在92.0%～98.5%之間。方差分析結(jié)果表明，菌株AEB2在25～35℃時(shí)的生長狀況差異不顯著，同時(shí)在20～40℃區(qū)間內(nèi)，S2-去除率均保持在80%以上，這說明菌株AEB2具有較廣的溫度適應(yīng)性。

2.2.3 轉(zhuǎn)速對S2-去除效果的影響

搖床轉(zhuǎn)速影響溶液中溶解氧含量，進(jìn)而影響微生物的生長及對S2-的氧化能力。轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果表明（圖4c），菌株AEB2在不同搖床轉(zhuǎn)速下對S2-的去除效果不同。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速為低速時(shí)（0～90 r·min-1），隨著搖床轉(zhuǎn)速的提高，S2-的去除率快速提高，為18%～70%；當(dāng)轉(zhuǎn)速在90～210 r·min-1時(shí)，S2-去除率提升較小，為70.0%～78.0%。這說明轉(zhuǎn)速為90 r·min-1時(shí)已經(jīng)基本滿足AEB2的硫氧化氧氣需求，搖床轉(zhuǎn)速為180 r·min-1時(shí)，菌株AEB2的OD600與S2-的去除率均最高，表明菌株AEB2在180 r·min-1時(shí)的生長狀況與S2-氧化能力最優(yōu)。

2.2.4 初始pH對S2-去除效果的影響

pH是影響微生物生長的重要因素之一，初始pH試驗(yàn)結(jié)果表明（圖4d），S2-去除率隨初始pH升高呈先升后降的趨勢。初始pH為6時(shí)S2-去除率僅為25.0%，當(dāng)初始pH由6提高為7時(shí)，S2-去除率升高至81.3%，呈快速增長趨勢；當(dāng)初始pH為8～10時(shí)，去除率緩慢下降，由98.7%下降至93.2%。初始pH為8時(shí)，S2-去除率及OD600均為最高，方差分析結(jié)果表明，初始pH在7～10區(qū)間內(nèi)S2-的去除率差異不顯著，初始pH在8～9區(qū)間內(nèi)菌株的生長狀況差異不顯著，說明菌株AEB2在中性偏堿的環(huán)境中S2-氧化能力較強(qiáng)。

圖4 不同條件對菌株AEB2硫化物氧化性能的影響Figure 4 Effects of different environmental conditions on sulfide oxidation performance of strain AEB2

2.3 菌株硫氧化Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化

2.3.1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

為探究菌株最適的環(huán)境條件，以S2-去除率（Y）作為響應(yīng)值，以溫度（A）、轉(zhuǎn)速（B）、pH（C）作為考察因素設(shè)計(jì)Box-Behnken試驗(yàn)，利用Design-ExpertV8.061分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行多元回歸擬合。在試驗(yàn)中控制接種量為4%，S2-濃度設(shè)置為100 mg·L-1，響應(yīng)面結(jié)果見表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Box-Behnken experiment designs and results

2.3.2 回歸模型擬合及方差分析

利用Design-ExpertV8.061軟件進(jìn)行回歸擬合后，得到回歸模型方程：Y=94.08+11.45A+4.14B+9.59C-0.33AB+3.98AC-4.1BC-11.54A2+1.53B2-15.77C2。

對回歸模型進(jìn)行方差檢驗(yàn)，結(jié)果見表3，其中F值為24.71，P=0.000 2，說明模型極顯著。模型失擬項(xiàng)用來表示所用模型與試驗(yàn)結(jié)果的擬合程度，即二者差異程度，該模型P失擬=0.077 2（P失擬＞0.05），差異不顯著，無失擬因素存在；模型R2為0.97，RAdj為0.93，表明模型預(yù)測值與實(shí)際值擬合度較好，試驗(yàn)誤差較小。綜上認(rèn)為該模型可以用于預(yù)測S2-去除的最優(yōu)環(huán)境參數(shù)。根據(jù)F值大小，得出3個(gè)因素對S2-去除率的影響大小為溫度＞pH＞轉(zhuǎn)速。

表3 響應(yīng)面回歸模型方差分析表Table 3 Response surface regression model ANOVA table

2.3.3 響應(yīng)面分析及最優(yōu)條件確定

各因素交互作用對菌株S2-去除率的響應(yīng)曲面圖和等高線圖如圖5所示，該圖可以直觀地解釋各變量對響應(yīng)值的影響，其中響應(yīng)面越陡峭證明該因素影響越大。從圖5可知，隨著溫度、pH、轉(zhuǎn)速的增加，菌株對S2-的去除效果逐漸增強(qiáng)，但溫度、pH增加到一定程度后，S2-去除率呈下降趨勢，而轉(zhuǎn)速則表現(xiàn)為小幅上升的趨勢。等高線圖的結(jié)果表明各因素間的交互作用不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

圖5 各因素交互作用對硫化物去除率影響的等高線圖和響應(yīng)面圖Figure 5 Contour map and response surface diagram of the various factors on the sulfide removal efficiency

根據(jù)響應(yīng)面模型的預(yù)測結(jié)果得出最優(yōu)參數(shù)為32.5℃、210 r·min-1，pH 8.2，此參數(shù)下S2-去除效果最強(qiáng)，可達(dá)到100%。為驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，在溫度32.5℃、轉(zhuǎn)速210 r·min-1、初始pH 8.2條件下進(jìn)行平行試驗(yàn)，所得到的S2-去除率為99.9%，與模型預(yù)測結(jié)果相近，表明模型輸出可靠。

2.3.4 最優(yōu)條件S2-去除效果研究

在最優(yōu)條件下探究了菌株AEB2對S2-的去除效果，并與篩選試驗(yàn)（30℃、150 r·min-1、初始pH 9.5）中S2-氧化能力測試時(shí)的效果進(jìn)行比較，結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，在相同時(shí)間下優(yōu)化后S2-的去除率均高于優(yōu)化前，其中優(yōu)化后1.5 h時(shí)的去除率即可達(dá)到96.5%，較未優(yōu)化前提升28.2個(gè)百分點(diǎn)，表明在32.5℃、210 r·min-1、初始pH 8.2的反應(yīng)條件下，菌株AEB2的S2-氧化能力顯著增強(qiáng)。

圖6 優(yōu)化前后硫化物的去除效果Figure 6 Comparison of sulfide removal effects after condition optimization

2.4 不同S2-負(fù)荷條件下的去除效果及動(dòng)力學(xué)分析

菌株在不同S2-負(fù)荷條件下的去除效果如圖7所示。隨著初始S2-濃度增加，菌株AEB2氧化反應(yīng)液中S2-所需的時(shí)間逐步增加，100、200、500、1 000 mg·L-1S2-濃度下達(dá)到完全去除的時(shí)間約為2、4、7、13 h。借助單相衰減模型[15]（OPED/公式1）對100、200、500 mg·L-1S2-濃度下的去除效果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合以及平穩(wěn)期后單相衰減模型（PFOPD/公式2）對1 000 mg·L-1S2-濃度下的去除效果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合。OPED和PFOPD公式說明了不同濃度下的S2-去除效果隨時(shí)間變化的趨勢，模型擬合的k值代表不同濃度下的降解效率，分別為1.362 0、0.826 4、0.379 6、0.193 6 h-1，隨著S2-濃度增加降解效率逐步下降，這可能是高濃度S2-對菌株的生長抑制所導(dǎo)致，同時(shí)PFOPD模型的平穩(wěn)期也進(jìn)一步證實(shí)了該現(xiàn)象。

圖7 菌株AEB2在不同S2-負(fù)荷條件下的降解動(dòng)力學(xué)Figure 7 Degradation kinetics of strain AEB2 under different S2-loading conditions

目前應(yīng)用于生物除臭工程的硫氧化菌株多集中于硫桿菌屬、芽孢桿菌屬、硫葉菌屬、副球菌屬等[38-41]。與多數(shù)研究相比，菌株AEB2的S2-氧化性能較好，對S2-的可負(fù)荷濃度區(qū)間較廣，S2-氧化速率較快。如李敏等[42]所篩選出的糞產(chǎn)堿桿菌對500 mg·L-1的S2-在50 h時(shí)的去除率為84.89%，1 000 mg·L-1濃度下的去除率約為30%；CHEN等[43]篩選出的一株沙門氏芽孢桿菌對S2-的耐受濃度為400 mg·L-1，50 mg·L-1濃度下去除率最高為88%；MAHMOOD等[44]所篩選出的惡臭假單胞菌在缺氧條件下70 h可以去除200 mg·L-1的S2-；CHEN等[15]所篩選出的耐熱可赫氏菌可耐受400 mg·L-1的S2-，300 mg·L-1的S2-降解速率常數(shù)為0.053 7 h-1。菌株AEB2于1 000 mg·L-1的S2-的降解速率常數(shù)為0.193 6 h-1，13 h時(shí)即可達(dá)到99%以上的去除率，可見菌株AEB2對S2-的負(fù)荷較高，S2-氧化能力較強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）本研究從奶牛場污水池中篩選得到一株高效硫氧化細(xì)菌，經(jīng)鑒定該菌株屬于鹽單胞菌屬（Halomonas），命名為Halomonassp.AEB2。菌株AEB2能快速有效地完成對水中S2-的氧化，在糞污中可起到使硫化氫顯著減排的效果。

（2）菌株AEB2具有較廣泛的溫度適應(yīng)性，嗜中性及偏堿性，氧化S2-的最優(yōu)參數(shù)為32.5℃、210 r·min-1、初始pH 8.2。

（3）菌株AEB2在100～1 000 mg·L-1的S2-負(fù)荷下的去除效果表明，該菌有較好的硫氧化性能，可作為硫化氫惡臭去除工程應(yīng)用菌株。