專利名稱：利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，屬于環境保護領域。
背景技術：
地下水是我國許多地區的重要飲用水資源。然而隨著工、農業活動，我國大部分平原地區的地下水污染非常嚴重，而且往往是多種污染物同時存在的復合污染，其中重金屬和硝酸鹽復合污染是最常見的復合污染。據20年的監測數據表明，長期以來西安市的地下水中硝酸鹽、六價鉻等多種污染物超標。江蘇省沿海的許多地區的地下水中鉛、汞和硝酸鹽復合污染嚴重。在西安、長春、哈爾濱、天津的城市地下水普遍存在砷和硝酸鹽的復合污染。地下水中普遍存在的重金屬和硝酸鹽復合污染已嚴重威脅了飲用水安全和人民身體健康，因此迫切需要對重金屬和硝酸鹽復合污染地下水進行治理和修復。現有大多數關于污染地下水的原位生物修復技術的研究是專門針對某一類污染物的。地下水中硝酸鹽的原位生物修復技術大多是通過向目標污染含水層注入有機碳源等方法刺激反硝化菌的生長和活性，從而將硝酸鹽從目標含水層中去除。重金屬污染地下水的原位生物修復技術則主要是利用污染含水層中的某些特殊類型的微生物的代謝作用將溶解態的重金屬離子沉淀下來而達到去除重金屬的目的。此修復方法依據利用的微生物不同存在不同的缺陷，主要包括對氧化還原電位敏感，易二次釋放，易產生二次污染等問題。且不能同步去除地下水中的硝酸鹽類污染物。雖然科學家分別在硝酸鹽污染地下水和重金屬污染地下水的原位生物修復技術領域的研究分別取得了很大的進展，但目前還缺乏同時去除地下水中重金屬和硝酸鹽的原位生物修復技術。我國城鎮、農村地區大面積的硝酸鹽和重金屬的復合污染普遍存在的現實迫切要求研發一種既能克服現有重金屬污染地下水原位生物修復技術的局限性，又能將重金屬和硝酸鹽同步去除的原位生物修復的新技術。最近一些研究者在 地下水、沉積物等環境中發現一些細菌能夠在厭氧條件下以Fe2+為唯一電子供體、N03_為電子受體,將N03_反硝化為N02_或N2的同時將Fe2+氧化為Fe3+氧化物，即厭氧Fe2+氧化反硝化菌(Anaerobic Fe2+0xidation Denitrifier,簡稱為AF0DN)。鐵氧化反硝化菌(AFODN)在地下水、沉積物等多種環境中普遍存在。鐵氧化反硝化菌(AFODN)代謝所生成的Fe3+氧化物通常具有巨大的比表面積(8_400m2/g)，對Co、Cr、Cd、As、Pb、U等重金屬離子具有良好的吸附性能。因此，鐵氧化反硝化菌(AFODN)特殊的Fe和N代謝途徑及產物為重金屬和硝酸鹽復合污染地下水的原位同步修復提供了一種全新的思路，即在鐵氧化反硝化菌(AFODN)將地下水中的N03_反硝化為N02_或N2的同時形成了 Fe3+氧化物，通過后者的吸附作用可以將地下水中的重金屬去除。但目前利用鐵氧化反硝化菌(AFODN)同步去除水中重金屬和硝酸鹽污染的研究還未見報道。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，該方法通過從厭氧活性污泥中分離到目標菌株，在純培養條件下富集10-15天后，厭氧條件下將菌液與含砷和硝酸鹽的復合污染水混合，調節PH值為4.0-10.0，培養去除水中的As和N03_，通過鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成Fe3+氧化物的吸附作用去除As，達到同步去除地下水中As和硝酸鹽復合污染的目的。該方法特殊的Fe源和N源代謝途徑去除水中的As和N03_，工藝簡單，操作方便，處理成本低，處理范圍大，無二次釋放，無二次污染。本發明所述的一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，按下列步驟進行:a、鐵氧化反硝化菌的分離提純:將鐵氧化反硝化菌與固體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L, K2HP04lg/L,KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H200.2g/L，KN032g/L, FeCl2.4H200.998g/L 和污水處理廠厭氧活性污泥，在厭氧條件下加入2-20mM FeCl2富集培養3_10天，挑選紅色菌落于固體培養基進行劃線分離，得到鐵氧化反硝化菌菌落，然后接種于液體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L, K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L, MgSO4.7Η200.2g/L, KN032g/L, FeCl2.4Η200.998g/L 中，培養3-10天，得至IJ IO6-1O8CFO的菌液；b、菌種富集培養:將步驟a得到的菌液按體積比2-10%的接種量轉移到步驟a中的液體培養基中，于溫度10-30°C、振蕩速率為60-150r/min條件下培養3_10天進行富集培養；C、接種生化處理:將步驟b富集培養菌液按體積比2-10%的接種量轉移到含有硝酸態氮和砷的污水中，控制PH值為4.0-10.0，在溫度10-26°C，厭氧條件下培養3_30天即可。步驟c中加入硝酸態氮的初`始濃度為10_200mg/L，As5+的初始濃度為20-3000 μ g/L0本發明所述的一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，該方法中鐵氧化反硝化菌為檸檬酸桿菌屬，固體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L,K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L, MgSO4.7H200.2g/L, KN032g/L, FeCl2.4H200.998g/L ;液體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L，K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H200.2g/L，KN032g/L，FeCl2.4H200.998g/L。本發明所述的一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，該方法中通過鐵氧化反硝化菌特殊的Fe源和N源代謝途徑去除水中的As和N03_，由鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以無定形Fe3+礦物為主，菌體沉積物中無機組成以Fe為主，含有少量As5+，在Fe2+氧化殆盡的情況下N03_的去除率達30_60%，As的去除率達30-70%,在Fe2+源充足的情況下可以得到更高的去除率可達40-70%，該方法操作方便，處理成本低，處理范圍大，無二次釋放，無二次污染。
具體實施方式
:實施例1a、鐵氧化反硝化菌的分離提純:將鐵氧化反硝化菌與固體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L, K2HP04lg/L,KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H200.2g/L，KN032g/L, FeCl2.4H200.998g/L 和污水處理廠厭氧活性污泥5g，在厭氧條件下加入2mM FeCl2富集培養3天，挑選紅色菌落于固體培養基進行劃線分離，得到鐵氧化反硝化菌菌落，然后接種于液體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L,K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L, MgSO4.7Η200.2g/L, KN032g/L, FeCl2.4Η200.998g/L 中，培養 3天，得到IO6-1O8CFO的菌液；b、菌種富集培養:將步驟a得到的菌液按體積比2%的接種量轉移到步驟a中的液體培養基中，于溫度10°c，振蕩速率為60r/min條件下培養3天進行富集培養；C、接種生化處理:將步驟b富集培養菌液按體積比2%的接種量轉移到含有硝酸態氮的初始濃度為10mg/L和As5+的初始濃度為20 μ g/L的污水中，控制pH值為4.0，在溫度10°C，厭氧條件下培養3天即可；鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以無定形Fe3+礦物為主，菌體沉積物中無機組成以Fe為主，含有少量As5+，在Fe2+氧化殆盡的情況下N03_的去除率達30_60%，As的去除率達30-70%，在Fe2+源充足的情況下As的去除率達40_70%。實施例2a、鐵氧化反硝化菌的分離提純:將鐵氧化反硝化菌與固體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L, K2HP04lg/L,KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H200.2g/L，KN032g/L, FeCl2.4H200.998g/L 和污水處理廠厭氧活性污泥5g，在厭氧條件下加入IOmM FeCl2富集培養6天，挑選紅色菌落于固體培養基進行劃線分離，得到鐵氧化反硝化菌菌落，然后接種于液體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L,K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L, MgSO4.7Η200.2g/L, KN032g/L, FeCl2.4Η200.998g/L 中，培養 6天，得到IO6-1O8CFO的菌液；b、菌種富集培養:將步驟a得到的菌液按體積比6%的接種量轉移到步驟a中的液體培養基中，于溫度20°C、振蕩速率為100r/min條件下培養7天進行富集培養；C、接種生化處理:將步驟b富集培養菌液按體積比6%的接種量轉移到含有硝酸態氮的初始濃度為100mg/L和As的初始濃度為2000 μ g/L的污水中，控制pH值為7.0，在溫度18°C，厭氧條件下培養20天即可； 鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以無定形Fe3+礦物為主，菌體沉積物中無機組成以Fe為主，含有少量As5+，在Fe2+氧化殆盡的情況下N03_的去除率達30_60%，As的去除率達30-70%，在Fe2+源充足的情況下As的去除率達40_70%。
實施例3a、鐵氧化反硝化菌的分離提純:將鐵氧化反硝化菌與固體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L, K2HP04lg/L,KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H200.2g/L，KN032g/L, FeCl2.4H200.998g/L 和污水處理廠厭氧活性污泥5g，在厭氧條件下加入20mM FeCl2富集培養10天，挑選紅色菌落于固體培養基進行劃線分離，得到鐵氧化反硝化菌菌落，然后接種于液體培養基的組分為=C6H5Na3O7.2H205g/L,K2HPO41 g/L, KH2PO40.5g/L, MgSO4.7Η200.2g/L, KN032g/L, FeCl2.4Η200.998g/L 中，培養 10天，得到1O6-1O8CFO的菌液；b、菌種富集培養:將步驟a得到的菌液按體積比10%的接種量轉移到步驟a中的液體培養基中，于溫度30°C、振蕩速率為150r/min條件下培養10天進行富集培養；C、接種生化處理:將步驟b富集培養菌液按體積比10%的接種量轉移到含有硝酸態氮的初始濃度為200mg/L和As的初始濃度為3000 μ g/L的污水中，控制pH值為10.0，在溫度26°C，厭氧條件下培養30天即可；鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以無定形Fe3+礦物為主，菌體沉積物中無機組成以Fe為主，含有少量As5+，在Fe2+氧化殆盡的情況下N03_的去除率達30_60%，As的去除率達30-70%，在Fe2+源充足的情況下As的去除率達40-70%。通過本發明所述的方法厭氧鐵氧化反硝化菌(AFODN)同步凈化地下水中富含砷和硝酸鹽混合污染物的表:
權利要求
1.一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，其特征在于按下列步驟進行: a、鐵氧化反硝化菌的分離提純: 將鐵氧化反硝化菌與固體培養基的組分為:C6H5Na3O7CH2O 5g/L，K2HPO4 Ig/L, KH2PO40.5g/L，MgSO4.7H20 0.2g/L，KNO3 2g/L，FeCl2.4H20 0.998g/L 和污水處理廠厭氧活性污泥，在厭氧條件下加入2-20 mM FeCl2富集培養3-10天，挑選紅色菌落于固體培養基進行劃線分離，得到鐵氧化反硝化菌菌落，然后接種于液體培養基的組分為:C6H5Na3O7.2H20 5g/L, K2HPO4 I g/L, KH2PO4 0.5g/L, MgSO4.7H20 0.2g/L, KNO3 2g/L, FeCl2.4H20 0.998g/L 中，培養3-10天，得至IJ IO7-1O8CFU的菌液； b、菌種富集培養: 將步驟a得到的菌液按體積比2-10 %的接種量轉移到步驟a中的液體培養基中，于溫度10-30°C、振蕩速率為60-150 r/min條件下培養3_10天進行富集培養； C、接種生化處理: 將步驟b富集培養菌液按體積比2-10 %的接種量轉移到含有硝酸態氮和砷的污水中，控制PH值為4.0-10.0，在溫度10-26°C，厭氧條件下培養3_30天即可。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中加入硝酸態氮的初始濃度為10-200mg/L, As5+ 的初始 濃度為 20-3000 μ g/L。
全文摘要
本發明涉及一種利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法，該方法通過從厭氧活性污泥中分離到目標菌株，在純培養條件下富集10-15天后，厭氧條件下將菌液與含砷和硝酸鹽的復合污染水混合，調節pH值為4.0-10.0，培養去除水中的As和NO3-，通過鐵氧化反硝化菌氧化Fe2+形成Fe(III)氧化物的吸附作用去除As，達到同步去除地下水中As和硝酸鹽復合污染的目的。該方法特殊的Fe源和N源代謝途徑去除水中的As和NO3-，工藝簡單，操作方便，處理成本低，處理范圍大，無二次釋放，無二次污染。
文檔編號C02F3/34GK103121758SQ20131007013
公開日2013年5月29日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者潘響亮, 李保華, 高磊, 宋文娟, 張道勇 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所