利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法

摘要

本发明涉及一种利用厌氧铁氧化、反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，该方法通过从厌氧活性污泥中分离到目标菌株，在纯培养条件下富集10-15天后，厌氧条件下将菌液与含砷和硝酸盐的复合污染水混合，调节pH值为4.0-10.0，培养去除水中的As和NO3-，通过铁氧化反硝化菌氧化Fe2+形成Fe(III)氧化物的吸附作用去除As，达到同步去除地下水中As和硝酸盐复合污染的目的。该方法特殊的Fe源和N源代谢途径去除水中的As和NO3-，工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次释放，无二次污染。

权利要求

1.一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，其特征在于按下列步骤进行：a、厌氧铁氧化反硝化菌的分离提纯：

将铁氧化反硝化菌与固体培养基的组分为： C6H5Na3O7·2H2O 5g/L， K2HPO4 1g/L，KH2PO4

0.5g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，KNO3 2g/L， FeCl2·4H2O 0.998g/L的固体培养基和污水处理厂厌氧活性污泥，在厌氧条件下加入2-20 mM FeCl2富集培养3-10天，挑选红色菌落于固体培养基进行划线分离，得到厌氧铁氧化反硝化菌菌落，然后接种于液体培养基的组分为： C6H5Na3O7·2H2O 5g/L， K2HPO4 1g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，KNO3 2g/L，

7 8

FeCl2·4H2O 0.998g/L的液体培养基中，培养3-10天，得到10-10CFU的菌液；

b、菌种富集培养：

将步骤a得到的菌液按体积比2-10 %的接种量转移到步骤a中的液体培养基中，于温度10-30℃、振荡速率为60-150 r/min条件下培养3-10天进行富集培养； c、接种生化处理：

将步骤b富集培养菌液按体积比2-10 %的接种量转移到含有硝酸态氮和砷的污水中，控制pH值为4.0-10.0，在温度10-26℃，厌氧条件下培养3-30天即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中加入硝酸态氮的初始浓度为

5+

10-200mg/L，As 的初始浓度为20-3000μg/L。

说明书

利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，属于环境保护领域。

背景技术

[0002] 地下水是我国许多地区的重要饮用水资源。然而随着工、农业活动，我国大部分平原地区的地下水污染非常严重，而且往往是多种污染物同时存在的复合污染，其中重金属和硝酸盐复合污染是最常见的复合污染。据20年的监测数据表明，长期以来西安市的地下水中硝酸盐、六价铬等多种污染物超标。江苏省沿海的许多地区的地下水中铅、汞和硝酸盐复合污染严重。在西安、长春、哈尔滨、天津的城市地下水普遍存在砷和硝酸盐的复合污染。地下水中普遍存在的重金属和硝酸盐复合污染已严重威胁了饮用水安全和人民身体健康，因此迫切需要对重金属和硝酸盐复合污染地下水进行治理和修复。

[0003] 现有大多数关于污染地下水的原位生物修复技术的研究是专门针对某一类污染物的。地下水中硝酸盐的原位生物修复技术大多是通过向目标污染含水层注入有机碳源等方法刺激反硝化菌的生长和活性，从而将硝酸盐从目标含水层中去除。重金属污染地下水的原位生物修复技术则主要是利用污染含水层中的某些特殊类型的微生物的代谢作用将溶解态的重金属离子沉淀下来而达到去除重金属的目的。此修复方法依据利用的微生物不同存在不同的缺陷，主要包括对氧化还原电位敏感，易二次释放，易产生二次污染等问题。且不能同步去除地下水中的硝酸盐类污染物。虽然科学家分别在硝酸盐污染地下水和重金属污染地下水的原位生物修复技术领域的研究分别取得了很大的进展，但目前还缺乏同时去除地下水中重金属和硝酸盐的原位生物修复技术。我国城镇、农村地区大面积的硝酸盐和重金属的复合污染普遍存在的现实迫切要求研发一种既能克服现有重金属污染地下水原位生物修复技术的局限性，又能将重金属和硝酸盐同步去除的原位生物修复的新技术。

[0004] 最近一些研究者在地下水、沉积物等环境中发现一些细菌能够在厌氧条件下以2+ - - - 2+
Fe 为唯一电子供体、NO3 为电子受体，将NO3 反硝化为NO2 或N2的同时将Fe 氧化为
3+ 2+
Fe 氧化物，即厌氧Fe 氧化反硝化菌(Anaerobic Fe2+Oxidation Denitrifier，简称为AFODN)。铁氧化反硝化菌（AFODN）在地下水、沉积物等多种环境中普遍存在。铁氧化反硝化
3+ 2
菌（AFODN）代谢所生成的Fe 氧化物通常具有巨大的比表面积(8-400m/g)，对Co、Cr、Cd、As、Pb、U等重金属离子具有良好的吸附性能。因此，铁氧化反硝化菌（AFODN）特殊的Fe和N代谢途径及产物为重金属和硝酸盐复合污染地下水的原位同步修复提供了一种全新的思- - 3+
路，即在铁氧化反硝化菌（AFODN）将地下水中的NO3 反硝化为NO2 或N2的同时形成了Fe氧化物，通过后者的吸附作用可以将地下水中的重金属去除。但目前利用铁氧化反硝化菌（AFODN）同步去除水中重金属和硝酸盐污染的研究还未见报道。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，提供一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，该方法通过从厌氧活性污泥中分离到目标菌株，在纯培养条件下富集10-15天后，厌氧条件下将菌液与含砷和硝酸盐的复合污染水混合，调节pH值为4.0-10.0，培养去除水中- 2+ 3+的As和NO3，通过铁氧化反硝化菌氧化Fe 形成Fe 氧化物的吸附作用去除As，达到同步去除地下水中As和硝酸盐复合污染的目的。该方法特殊的Fe源和N源代谢途径去除水中-
的As和NO3，工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次释放，无二次污染。

[0006] 本发明所述的一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，按下列步骤进行：

[0007] a、厌氧铁氧化反硝化菌的分离提纯：

[0008] 将铁氧化反硝化菌与固体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L的固体培养基和污水处理厂厌氧活性污泥，在厌氧条件下加入2-20mM FeCl2富集培养3-10天，挑选红色菌落于固体培养基进行划线分离，得到厌氧铁氧化反硝化菌菌落，然后接种于液体培养基的组 分 为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，6 8
FeCl2·4H2O0.998g/L的液体培养基中，培养3-10天，得到10-10CFO的菌液；

[0009] b、菌种富集培养：

[0010] 将步骤a得到的菌液按体积比2-10%的接种量转移到步骤a中的液体培养基中，于温度10-30℃、振荡速率为60-150r/min条件下培养3-10天进行富集培养；

[0011] c、接种生化处理：

[0012] 将步骤b富集培养菌液按体积比2-10%的接种量转移到含有硝酸态氮和砷的污水中，控制pH值为4.0-10.0，在温度10-26℃，厌氧条件下培养3-30天即可。

[0013] 步骤c中加入硝酸态氮的初始浓度为10-200mg/L，As5+的初始浓度为20-3000μg/L。

[0014] 本发明所述的一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，该方法中铁氧化反硝化菌为柠檬酸杆菌属，固体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L；液体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L。

[0015] 本发明所述的一种利用厌氧铁氧化反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法，该-方法中通过铁氧化反硝化菌特殊的Fe源和N源代谢途径去除水中的As和NO3，由铁氧化
2+ 3+ 3+
反硝化菌氧化Fe 形成的Fe 氧化物以无定形Fe 矿物为主，菌体沉积物中无机组成以
5+ 2+ -
Fe为主，含有少量As ，在Fe 氧化殆尽的情况下NO3 的去除率达30-60%，As的去除率达
2+
30-70%，在Fe 源充足的情况下可以得到更高的去除率可达40-70%，该方法操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次释放，无二次污染。
具体实施方式：

[0016] 实施例1

[0017] a、铁氧化反硝化菌的分离提纯：

[0018] 将铁氧化反硝化菌与固体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L和污水处理厂厌氧活性污泥5g，在厌氧条件下加入2mMFeCl2富集培养3天，挑选红色菌落于固体培养基进行划线分离，得到铁氧化反硝化菌菌落，然后接种于液体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L中，培养36 8
天，得到10-10CFO的菌液；

[0019] b、菌种富集培养：

[0020] 将步骤a得到的菌液按体积比2%的接种量转移到步骤a中的液体培养基中，于温度10℃，振荡速率为60r/min条件下培养3天进行富集培养；

[0021] c、接种生化处理：

[0022] 将步骤b富集培养菌液按体积比2%的接种量转移到含有硝酸态氮的初始浓度为5+
10mg/L和As 的初始浓度为20μg/L的污水中，控制pH值为4.0，在温度10℃，厌氧条件下培养3天即可；

[0023] 铁氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以无定形Fe3+矿物为主，菌体沉积物5+ 2+ -
中无机组成以Fe为主，含有少量As ，在Fe 氧化殆尽的情况下NO3 的去除率达30-60%，
2+
As的去除率达30-70%，在Fe 源充足的情况下As的去除率达40-70%。

[0024] 实施例2

[0025] a、铁氧化反硝化菌的分离提纯：

[0026] 将铁氧化反硝化菌与固体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L和污水处理厂厌氧活性污泥5g，在厌氧条件下加入10mM FeCl2富集培养6天，挑选红色菌落于固体培养基进行划线分离，得到铁氧化反硝化菌菌落，然后接种于液体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L中，培养66 8
天，得到10-10CFO的菌液；

[0027] b、菌种富集培养：

[0028] 将步骤a得到的菌液按体积比6%的接种量转移到步骤a中的液体培养基中，于温度20℃、振荡速率为100r/min条件下培养7天进行富集培养；

[0029] c、接种生化处理：

[0030] 将步骤b富集培养菌液按体积比6%的接种量转移到含有硝酸态氮的初始浓度为100mg/L和As的初始浓度为2000μg/L的污水中，控制pH值为7.0，在温度18℃，厌氧条件下培养20天即可；

[0031] 铁氧化反硝化菌氧化Fe2+形成的Fe3+氧化物以无定形Fe3+矿物为主，菌体沉积物5+ 2+ -
中无机组成以Fe为主，含有少量As ，在Fe 氧化殆尽的情况下NO3 的去除率达30-60%，
2+
As的去除率达30-70%，在Fe 源充足的情况下As的去除率达40-70%。

[0032] 实施例3

[0033] a、铁氧化反硝化菌的分离提纯：

[0034] 将铁氧化反硝化菌与固体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L和污水处理厂厌氧活性污泥5g，在厌氧条件下加入20mM FeCl2富集培养10天，挑选红色菌落于固体培养基进行划线分离，得到铁氧化反硝化菌菌落，然后接种于液体培养基的组分为：C6H5Na3O7·2H2O5g/L，K2HPO41g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，KNO32g/L，FeCl2·4H2O0.998g/L中，培养10