高效DMF降解菌群的降解特性及影响因素
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(State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013,
Jiangxi, China)
Abstract: Bacterial communities were obtained from activated sludge of a tannery in Zhejiang province,
2000mg / L, the strains still had the ability to decompose DMF, and the nitrate concentration lower than
450mg / L had little effect on the degradation effect. After 7 days of acclimation, the bacteria could
属 （Bacillus sp.） [24]、产碱杆菌属 （Alcaligenes sp.）
[25]
、苍白杆菌属 （Ochrobactrum sp.） [26] 和副球菌属
（Paracoccus sp.） [27-33]等，相形之下国内有关微生物
菌株降解 DMF 的文献较少[34-36]，且处理能力有限。
为反应过程中部分 NH4+-N 被氧化为 NOx--N,部分
NH4+-N 被细菌同化作为细胞成分），即认为 DMF
已被完全分解，此时反应形成的混合液作为下一个
周期的接种菌液。培养过程共经历 11 个周期，历
时 101 天。其中各周期时长分别为：22 天、18 天、
15 天、10 天、8 天、6 天、6 天、4 天、4 天、4 天
DMF） 是一种性能优良的极性非质子溶剂，能够
以任意比例与水以及大多数有机溶剂 （除卤代烃
以外） 混溶，广泛应用于聚氨酯合成革工业及医
收稿日期：2018-08-06；修改稿日期：2018-11-28。
基金项目：国家自然科学基金 （51408112）；江西省教育厅科学技术研究项目 （GJJ170469，GJJ150593，GJJ14495）。
本研究从浙江省某皮革厂生化池内的活性污泥中培
养得到一种能高效利用 DMF 作为碳源和氮源的混
合菌群，在满足其自身生长的同时对 DMF 进行氧
化分解，并对菌群的降解性和影响因素进行了研
究，以期为生物修复 DMF 污染环境提供理论依据。
1 材料与方法
1.1
菌群的培养与鉴定
1.1.1 菌液
种泥取自浙江丽水某人造革企业污水处理站，
和 4 天。
1.1.4 菌群结构鉴定
培养周期结束后，采集混合菌群样品，委托上
海美吉生物医药科技有限公司测定群落结构。
1.2 混合菌群代谢规律
将新鲜菌液以 10% 的接种率 （本文所述接种
率均为体积比） 接入 DMF 初始体积分数为 0.2%、
pH 为 7.0 的培养基中，于 30℃、150r/min 摇床内培
化
2019 年第 38 卷第 3 期
工
进
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
展
研究开发
· 1517 ·பைடு நூலகம்
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1603
高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素
张艳梅，李泽兵，安凯，吴双，谢荣福
Nocardioidaceae sp., Brevibacillus parabrevis and Stenotrophomonas sp..The optimal inoculation rate was
30% and in the range of pH was 5.0—9.0, the microflora showed the oxidation effect and 0.2% of DMF in
采用化学法进行分解处理，主要有碱性水解法[8]、
光 催 化 氧 化[9-11]、 湿 式 催 化 氧 化[12]、 Fenton 氧
化[13]等。
大量研究表明，采用上述物化法处理 DMF 将
不同程度地受到处理成本、工艺条件、二次污染、
催化剂固定化及稳定性等方面的影响，应用空间有
限。相对而言，DMF 废水生物处理法经济、高效，
后菌胶团被打散形成菌悬液。菌悬液将作为接种菌
液加入培养基。
1.1.2 试剂与培养基
（1） DMF，分析纯药剂，纯度≥99.5%，与去
离子水以 1∶9 的比例配制；采用 0.22μm 滤膜过滤
灭菌。
（2） 培 养 基 成 分 如 下 ： K2HPO4 0.654g / L，
MgSO4 · 7H2O 0.1g / L， 牛 肉 浸 膏 1g / L， FeSO4 ·
1.3.1 接种率对菌群降解 DMF 的影响
在 DMF 初始体积分数为 0.2%、pH 为 7.0 的培
能而不发生化学反应，在量上几乎没有损耗，易于
随其他污染物一起出流形成高浓度的有机废水，对
生态环境构成威胁。对于较高浓度 DMF （体积分
数≥10%） 工业废水，较多采用物理法进行回收处
理，方法包括萃取[3-4]、多塔精馏[5]、吸附[6-7]等；对
于低浓度 DMF （体积分数＜10%） 工业废水，较多
的[17-18]。虽有学者通过特殊氧化对提高 DMF 废水的
可生化性进行了研究[19-22]，但反应过程条件苛刻且
收效甚微。因此，筛选并培养能够快速分解 DMF
的微生物资源对 DMF 工业废水的高效处理具有重
要意义。
目前国外已见诸报道的 DMF 高效降解菌主要
有假单胞菌属 （Pseudomonas sp.） [16,23]、芽孢杆菌
（东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室，江西 南昌 330013）
摘要：从浙江省某皮革厂生化池内的活性污泥中培养得到一组高效利用二甲基甲酰胺 （DMF） 作为碳源和氮源
生长的混合菌群。经群落结构鉴定，菌群主要包含 Brevundimonas sp.、 Flavobacterium sp.、 Nocardioidaceae sp.、
最大耐受体积分数为 6%，体系中氨氮浓度超过 2000mg/L 时，菌群仍具备 DMF 分解能力，硝酸盐浓度低于
450mg/L 时对降解效果影响较小。经 7 天驯化，菌群还可具备对同系物二甲基乙酰胺 （DMAC） 的分解能力。
关键词：二甲基甲酰胺；菌群；降解特性；影响因素
中图分类号：X172
文献标志码：A
decompose DMAC (dimethylacetamide).
Keywords: N,N-dimethylformamide; bacterial communities; degradation characteristics; influence factors
二 甲 基 甲 酰 胺 （N, N-dimethylformamide，
液），调整 pH 为 7.0。配制完成后使用 Para 封口膜
作封口处理。
（2） 培养条件 将锥形瓶置于 30℃摇床 （转速
150r/min） 内培养。随着反应进行，培养体系的 pH
逐渐升高，因此每 24h 调整 pH 至 7.0。每 48h 测定
反应体系的 OD600、NH4+-N、NO2--N 和 NO3--N 浓
the medium could be completely decomposed within 48 hours when the optimal pH was 6.0. The maximal
tolerable concentration of DMF was 6%. The concentration of ammonia nitrogen in the system exceeded
运行稳定性好。早在 20 世纪 80 年代就有学者证明
了生化法降解 DMF 的可行性[14-16]。但事实上，DMF
化学性质稳定，分子式为(CH3)2NHCHO，其分子端
部是两个强憎水性的甲基基团，B/C 为 0.065，采用
普 通 的 活 性 污 泥 法 降 解 DMF 废 水 是 比 较 困 难
and Engineering Progress, 2019, 38(3): 1517-1523.
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
· 1518 ·
化
工
药、农药、石油化工、造纸、纺织、高分子膜等行
业[1-2]。由于在化工生产过程中 DMF 仅发挥溶解效
7H2O 0.1g/L，CaCl2 0.02g/L （固体培养基加入体积
分 数 2% 的 琼 脂 粉）。 采 用 高 压 灭 菌 锅 在 0.1MPa
（表压）、121℃条件下灭菌 20min。
1.1.3 菌群培养
（1） 培养基制备 在超净台内，于锥形瓶配制
100mL 培 养 基 （菌 液 10mL + 2mL 10%DMF + 营 养
第一作者：张艳梅 （1989—），女，硕士，研究方向为水污染控制。E-mail：yanmeizhang09876@。
通信作者：李泽兵，讲师，研究方向为水污染控制。E-mail：lizebing@。
引用本文：张艳梅, 李泽兵, 安凯, 等 . 高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素[J]. 化工进展, 2019, 38(3): 1517-1523.
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第3期
张艳梅等：高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素
养。每 8h 取样，测定 OD600 及 NH4+-N 释放量，观察
菌群的生长及对 DMF 的降解情况。
1.3
不同条件下菌群对 DMF 的降解特性
which grew by utilizing DMF(N, N-dimethylformamide) as carbon and nitrogen source. The community
structure indicated that the microflora mainly consisted of: Brevundimonas sp., Flavobacterium sp.,
取回后置于–20℃冰箱保存 5 天。使用前室温解冻，
从泥水混合液中分离出沉淀物 10mL，并在超净台
内用去离子水反复清洗 3～5 次。将洗净的沉淀物
进
展
2019 年第 38 卷
转移至锥形瓶中，补充去离子水至混合液总体积达
到 100mL。向瓶中加入直径 5mm 玻璃珠 30 枚，置
于 25～35℃摇床 （转速 150r/min） 内，15～20min
Brevibacillus parabrevis 和 Stenotrophomonas sp. 等。批式试验表明，DMF 降解菌群的最佳接种率为 30%，在 pH 为
5.0～9.0 的范围内均有氧化效果，最适 pH 为 6.0，在 48h 内可将培养基中 0.2% 的 DMF 完全分解。菌群对 DMF 的
Citation：ZHANG Yanmei, LI Zebing, AN Kai, et al. Degradation characteristics and influencing factors of DMF degrading communities[J]. Chemical Industry
文章编号：1000-6613 （2019） 03-1517-07
Degradation characteristics and influencing factors of DMF degrading
communities
ZHANG Yanmei，LI Zebing，AN Kai，WU Shuang，XIE Rongfu
度，基于体系 OD 变化和氮素浓度变化确定反应进
程，调整反应周期。pH 调整和采样均在超净台内
完成。
（3） 培养周期 培养阶段，DMF 初始体积分
数始终控制为 0.2%。经核算，0.2% DMF 所含氮浓
度为 363.1mg/L。因此，在菌群培养期间，当培养
体系内 NH4+-N 浓度升高至 300mg/L 以上时 （原因
Jiangxi, China)
Abstract: Bacterial communities were obtained from activated sludge of a tannery in Zhejiang province,
2000mg / L, the strains still had the ability to decompose DMF, and the nitrate concentration lower than
450mg / L had little effect on the degradation effect. After 7 days of acclimation, the bacteria could
属 （Bacillus sp.） [24]、产碱杆菌属 （Alcaligenes sp.）
[25]
、苍白杆菌属 （Ochrobactrum sp.） [26] 和副球菌属
（Paracoccus sp.） [27-33]等，相形之下国内有关微生物
菌株降解 DMF 的文献较少[34-36]，且处理能力有限。
为反应过程中部分 NH4+-N 被氧化为 NOx--N,部分
NH4+-N 被细菌同化作为细胞成分），即认为 DMF
已被完全分解，此时反应形成的混合液作为下一个
周期的接种菌液。培养过程共经历 11 个周期，历
时 101 天。其中各周期时长分别为：22 天、18 天、
15 天、10 天、8 天、6 天、6 天、4 天、4 天、4 天
DMF） 是一种性能优良的极性非质子溶剂，能够
以任意比例与水以及大多数有机溶剂 （除卤代烃
以外） 混溶，广泛应用于聚氨酯合成革工业及医
收稿日期：2018-08-06；修改稿日期：2018-11-28。
基金项目：国家自然科学基金 （51408112）；江西省教育厅科学技术研究项目 （GJJ170469，GJJ150593，GJJ14495）。
本研究从浙江省某皮革厂生化池内的活性污泥中培
养得到一种能高效利用 DMF 作为碳源和氮源的混
合菌群，在满足其自身生长的同时对 DMF 进行氧
化分解，并对菌群的降解性和影响因素进行了研
究，以期为生物修复 DMF 污染环境提供理论依据。
1 材料与方法
1.1
菌群的培养与鉴定
1.1.1 菌液
种泥取自浙江丽水某人造革企业污水处理站，
和 4 天。
1.1.4 菌群结构鉴定
培养周期结束后，采集混合菌群样品，委托上
海美吉生物医药科技有限公司测定群落结构。
1.2 混合菌群代谢规律
将新鲜菌液以 10% 的接种率 （本文所述接种
率均为体积比） 接入 DMF 初始体积分数为 0.2%、
pH 为 7.0 的培养基中，于 30℃、150r/min 摇床内培
化
2019 年第 38 卷第 3 期
工
进
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
展
研究开发
· 1517 ·பைடு நூலகம்
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1603
高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素
张艳梅，李泽兵，安凯，吴双，谢荣福
Nocardioidaceae sp., Brevibacillus parabrevis and Stenotrophomonas sp..The optimal inoculation rate was
30% and in the range of pH was 5.0—9.0, the microflora showed the oxidation effect and 0.2% of DMF in
采用化学法进行分解处理，主要有碱性水解法[8]、
光 催 化 氧 化[9-11]、 湿 式 催 化 氧 化[12]、 Fenton 氧
化[13]等。
大量研究表明，采用上述物化法处理 DMF 将
不同程度地受到处理成本、工艺条件、二次污染、
催化剂固定化及稳定性等方面的影响，应用空间有
限。相对而言，DMF 废水生物处理法经济、高效，
后菌胶团被打散形成菌悬液。菌悬液将作为接种菌
液加入培养基。
1.1.2 试剂与培养基
（1） DMF，分析纯药剂，纯度≥99.5%，与去
离子水以 1∶9 的比例配制；采用 0.22μm 滤膜过滤
灭菌。
（2） 培 养 基 成 分 如 下 ： K2HPO4 0.654g / L，
MgSO4 · 7H2O 0.1g / L， 牛 肉 浸 膏 1g / L， FeSO4 ·
1.3.1 接种率对菌群降解 DMF 的影响
在 DMF 初始体积分数为 0.2%、pH 为 7.0 的培
能而不发生化学反应，在量上几乎没有损耗，易于
随其他污染物一起出流形成高浓度的有机废水，对
生态环境构成威胁。对于较高浓度 DMF （体积分
数≥10%） 工业废水，较多采用物理法进行回收处
理，方法包括萃取[3-4]、多塔精馏[5]、吸附[6-7]等；对
于低浓度 DMF （体积分数＜10%） 工业废水，较多
的[17-18]。虽有学者通过特殊氧化对提高 DMF 废水的
可生化性进行了研究[19-22]，但反应过程条件苛刻且
收效甚微。因此，筛选并培养能够快速分解 DMF
的微生物资源对 DMF 工业废水的高效处理具有重
要意义。
目前国外已见诸报道的 DMF 高效降解菌主要
有假单胞菌属 （Pseudomonas sp.） [16,23]、芽孢杆菌
（东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室，江西 南昌 330013）
摘要：从浙江省某皮革厂生化池内的活性污泥中培养得到一组高效利用二甲基甲酰胺 （DMF） 作为碳源和氮源
生长的混合菌群。经群落结构鉴定，菌群主要包含 Brevundimonas sp.、 Flavobacterium sp.、 Nocardioidaceae sp.、
最大耐受体积分数为 6%，体系中氨氮浓度超过 2000mg/L 时，菌群仍具备 DMF 分解能力，硝酸盐浓度低于
450mg/L 时对降解效果影响较小。经 7 天驯化，菌群还可具备对同系物二甲基乙酰胺 （DMAC） 的分解能力。
关键词：二甲基甲酰胺；菌群；降解特性；影响因素
中图分类号：X172
文献标志码：A
decompose DMAC (dimethylacetamide).
Keywords: N,N-dimethylformamide; bacterial communities; degradation characteristics; influence factors
二 甲 基 甲 酰 胺 （N, N-dimethylformamide，
液），调整 pH 为 7.0。配制完成后使用 Para 封口膜
作封口处理。
（2） 培养条件 将锥形瓶置于 30℃摇床 （转速
150r/min） 内培养。随着反应进行，培养体系的 pH
逐渐升高，因此每 24h 调整 pH 至 7.0。每 48h 测定
反应体系的 OD600、NH4+-N、NO2--N 和 NO3--N 浓
the medium could be completely decomposed within 48 hours when the optimal pH was 6.0. The maximal
tolerable concentration of DMF was 6%. The concentration of ammonia nitrogen in the system exceeded
运行稳定性好。早在 20 世纪 80 年代就有学者证明
了生化法降解 DMF 的可行性[14-16]。但事实上，DMF
化学性质稳定，分子式为(CH3)2NHCHO，其分子端
部是两个强憎水性的甲基基团，B/C 为 0.065，采用
普 通 的 活 性 污 泥 法 降 解 DMF 废 水 是 比 较 困 难
and Engineering Progress, 2019, 38(3): 1517-1523.
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· 1518 ·
化
工
药、农药、石油化工、造纸、纺织、高分子膜等行
业[1-2]。由于在化工生产过程中 DMF 仅发挥溶解效
7H2O 0.1g/L，CaCl2 0.02g/L （固体培养基加入体积
分 数 2% 的 琼 脂 粉）。 采 用 高 压 灭 菌 锅 在 0.1MPa
（表压）、121℃条件下灭菌 20min。
1.1.3 菌群培养
（1） 培养基制备 在超净台内，于锥形瓶配制
100mL 培 养 基 （菌 液 10mL + 2mL 10%DMF + 营 养
第一作者：张艳梅 （1989—），女，硕士，研究方向为水污染控制。E-mail：yanmeizhang09876@。
通信作者：李泽兵，讲师，研究方向为水污染控制。E-mail：lizebing@。
引用本文：张艳梅, 李泽兵, 安凯, 等 . 高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素[J]. 化工进展, 2019, 38(3): 1517-1523.
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第3期
张艳梅等：高效 DMF 降解菌群的降解特性及影响因素
养。每 8h 取样，测定 OD600 及 NH4+-N 释放量，观察
菌群的生长及对 DMF 的降解情况。
1.3
不同条件下菌群对 DMF 的降解特性
which grew by utilizing DMF(N, N-dimethylformamide) as carbon and nitrogen source. The community
structure indicated that the microflora mainly consisted of: Brevundimonas sp., Flavobacterium sp.,
取回后置于–20℃冰箱保存 5 天。使用前室温解冻，
从泥水混合液中分离出沉淀物 10mL，并在超净台
内用去离子水反复清洗 3～5 次。将洗净的沉淀物
进
展
2019 年第 38 卷
转移至锥形瓶中，补充去离子水至混合液总体积达
到 100mL。向瓶中加入直径 5mm 玻璃珠 30 枚，置
于 25～35℃摇床 （转速 150r/min） 内，15～20min
Brevibacillus parabrevis 和 Stenotrophomonas sp. 等。批式试验表明，DMF 降解菌群的最佳接种率为 30%，在 pH 为
5.0～9.0 的范围内均有氧化效果，最适 pH 为 6.0，在 48h 内可将培养基中 0.2% 的 DMF 完全分解。菌群对 DMF 的
Citation：ZHANG Yanmei, LI Zebing, AN Kai, et al. Degradation characteristics and influencing factors of DMF degrading communities[J]. Chemical Industry
文章编号：1000-6613 （2019） 03-1517-07
Degradation characteristics and influencing factors of DMF degrading
communities
ZHANG Yanmei，LI Zebing，AN Kai，WU Shuang，XIE Rongfu
度，基于体系 OD 变化和氮素浓度变化确定反应进
程，调整反应周期。pH 调整和采样均在超净台内
完成。
（3） 培养周期 培养阶段，DMF 初始体积分
数始终控制为 0.2%。经核算，0.2% DMF 所含氮浓
度为 363.1mg/L。因此，在菌群培养期间，当培养
体系内 NH4+-N 浓度升高至 300mg/L 以上时 （原因