利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法技术

本发明专利技术涉及生物修复氧化态污染物技术领域，旨在提供一种利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法。包括步骤：在去离子水中添加溶质，配制模拟废水，通入氩气曝气；在甲烷基质膜生物反应器中接种甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群作为接种源；采取连续流方式进水，模拟废水作为进水；模拟废水中SeO4

Evaluation method for reducing selenate and nitrate capacity using methane matrix MBfR

The present invention relates to the technical field of bioremediation of oxidized pollutants, in order to provide an evaluation method for reducing selenate and nitrate capacity by using methane matrix MBfR. Includes the steps of: adding solute in deionized water, preparation of simulated wastewater by argon gas aeration; methane in matrix membrane bioreactor with anaerobic methane oxidation coupled perchlorate reducing bacteria group as inoculum; take a continuous stream of water, wastewater as influent SeO4 wastewater;

【技术实现步骤摘要】
利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法
本专利技术属于生物修复氧化态污染物
，具体涉及一种利用甲烷(CH4)基质膜生物反应器(MBfR)还原硒酸盐(SeO42-)和硝酸盐(NO3-)能力的评估方法。
技术介绍
硒盐在工业(如在电子行业、玻璃制品、染料、冶金添加剂、光电管、农药等领域)废水、矿石冶炼排水、农田灌溉排水等广泛存在，并具有极强的生理毒性。通过食物链在植物、动物和人体中积累，可引起人体的脱发、指甲断裂或脱落、皮肤病变、神经紊乱等症状，甚至具有“三致”效应，对环境和人体造成了严峻的危害。现有技术中对水体硒酸盐污染的处理通常采用：物理去除方法包括反渗透、纳滤等。该技术能耗大，运行和维护的价格高昂，同时，形成的浓缩废水会增加后处理的难度。化学治理方法主要涉及硒的吸附和沉淀等，其处理成本高昂，且易形成难以后续处理的高浓度的化学污泥。在厌氧或者好氧条件下，微生物可以以硒盐作为电子受体进行异化呼吸。与物理化学方法相比，微生物法处理SeO42-更为环保、无害，且节省成本，因此愈来愈受到青睐。微生物在以硒盐作为电子受体进行异化呼吸过程中，需要利用电子供体和碳源的摄入，而CH4是一种具强温室效应的气体，也是一种潜在的电子供体。CH4作为电子供体最先被应用于废水的反硝化生物脱氮。随后的研究表明CH4可以驱动多种氧化态污染物的生物还原。基于SeO42-/SeO32-和SeO32-/Se0的高氧化还原电位(分别为+440mV和+210mV)，因此，研究CH4作为电子供体驱动SeO42-还原的可行性具有十分重要意义。NO3-广泛存在于地表水和地下水，是SeO42-的伴随污染物。所以，评估甲烷基质MBfR中SeO42-与NO3-的相互作用十分有必要。微生物还原SeO42-的终产物是纳米态的Se0，具有极好的光电特性和半导体特性，可应用于光电元件和半导体材料；纳米Se0还具有抗氧化作用，常作为抗癌药剂。因而，利用一些表征技术探明纳米Se0的物理化学特征，充分资源化回收再利用具有深远影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的
技术实现思路
是，克服现有技术的不足，提供利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种利用CH4基质MBfR还原SeO42-和NO3-的方法，包括下述步骤：(1)配置模拟废水在去离子水中添加溶质，使模拟废水中包括：1mg/L的CaCl2、0.4mg/L的NaOH、5mg/L的MgSO4·7H2O、300mg/L的NaHCO3、2.085mg/L的FeSO4·7H2O、200mg/L的NaH2PO4、400mg/L的Na2HPO4·12H2O、0.5mg/L的MnCl2·4H2O、1.8mg/L的HCl、0.068mg/L的ZnSO4·7H2O、0.12mg/L的CoCl2·6H2O、0.32mg/L的CuSO4、0.095mg/L的NiCl2·6H2O、0.242mg/L的Na2MoO4·2H2O、0.067mg/L的SeO2、0.05mg/L的Na2WO4·2H2O、0.014mg/L的H3BO3；Na2SeO4和NaNO3的添加量按后续试验指定浓度控制；向配置好的模拟废水中通入纯度99.99％的氩气(Ar)，曝气20分钟以去除氧气。(2)实验装置准备在甲烷基质膜生物反应器中接种4mL甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群，以此作为接种源；在甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群中，含有按质量占比计算的下述菌种：α-变形菌27.13％、β-变形菌26.84％、γ-变形菌25.87％、酸杆菌4.97％、鞘氨醇杆菌3.88％、绿菌2.20％、异常球菌0.96％，余量是非富集对象的杂菌；在反应器中装满含10mgSe/LSeO42-的模拟废水，自循环48小时；反应器采用中空纤维膜，运行时控制温度为30±1℃，采用连续流方式进水，进水速率为0.5mL/min，水力停留时间为130min；膜的两端供给CH4，分压为15psi；反应器通过蠕动泵进行自循环，流速为100mL/min；(3)反应阶段采取连续流方式进水，模拟废水作为进水，其中SeO42-浓度保持在1mgSe/L；为评估NO3-对SeO42-还原的影响，模拟废水中的NO3-浓度分为三个阶段进行控制：第一个阶段时，控制模拟废水NO3-浓度为0mg/L，反应器运行达到稳态后至少继续运行两周；第二个阶段时，控制模拟废水中NO3-浓度为2.2mgN/L，反应器运行达到稳态后至少继续运行两周；第三个阶段时，控制模拟废水中NO3-浓度为10mgN/L，反应器运行达到稳态后至少继续运行两周。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：1、本专利技术中首次证实了微生物能以CH4作为唯一电子供体驱动SeO42-的还原。2、本专利技术还具有十分重要的现实意义：既可以修复受SeO42-污染的水体，还可以实现纳米态的Se0资源化回收再利用。(甲烷基质生物膜还原的终产物是Se0，以300到500nm直径的球状颗粒积聚在生物膜表面。)附图说明图1：本专利技术中MBfR进水SeO42-和NO3-，出水SeO42-，SeO32-，计算得到的Se0,及NO3-的浓度；图2：本专利技术中SeO42-转化为SeO32-，SeO42-转化为Se0，以及NO3-去除率的百分比图3：本专利技术中MBfR生物膜的XPS分析；图4：本专利技术中接种源和不同阶段的MBfR生物膜中主导菌结构示意图。具体实施方式本专利技术中的实验装置采用甲烷基质膜生物反应器(Methane-basedMembraneBiofilmReactor,MBfR)装置，该装置与Laietal.Bio-reductionofChromateinaMethane-BasedMembraneBiofilmReactor2016中所用装置一致。装置内采用中空纤维膜(外径280μm，内径180μm)。运行时，膜的两端供给CH4，CH4分压压力通过减压阀稳定在15psi(2.02atm)。反应器有效容积为65mL，采用连续流方式进水，进水流速为0.50mL/min(水力停留时间为130分钟)。反应器通过蠕动泵进行自循环，流速为100mL/min。反应器于30±1℃恒温室中运行。本专利技术所用接种源为甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群(Luoetal.,2015)，其具体获取来源：采集污水处理厂的活性污泥(本申请人采集自杭州七格污水处理厂)，以硝酸盐作为电子受体，以甲烷作为电子供体富集培养约半年，然后接种到甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐的MBfR反应器中直至运行稳定，即可获得菌种含量稳定的菌群。在甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群中，含有按质量占比计算的下述菌种：α-变形菌27.13％、β-变形菌26.84％、γ-变形菌25.87％、酸杆菌4.97％、鞘氨醇杆菌3.88％、绿菌2.20％、异常球菌0.96％，余量是非富集对象的杂菌。申请人承诺：从该专利申请之日起20年内向公众发放该菌群，以用于实现、利用本专利技术所述技术方案。实施例：(1)配制模拟废水试验采用模拟废水，在去离子水中添加溶质，并以阿拉丁优级纯试剂Na2SeO4和NaNO3作为硒酸盐和硝酸盐，其浓度按试验需求配制。模拟废水中还包括：1mg/L的CaCl2、0.4mg/L的NaOH、5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)配制模拟废水在去离子水中添加溶质，使模拟废水中包括：1mg/L的CaCl2、0.4mg/L的NaOH、5mg/L的MgSO4·7H2O、300mg/L的NaHCO3、2.085mg/L的FeSO4·7H2O、200mg/L的NaH2PO4、400mg/L的Na2HPO4·12H2O、0.5mg/L的MnCl2·4H2O、1.8mg/L的HCl、0.068mg/L的ZnSO4·7H2O、0.12mg/L的CoCl2·6H2O、0.32mg/L的CuSO4、0.095mg/L的NiCl2·6H2O、0.242mg/L的Na2MoO4·2H2O、0.067mg/L的SeO2、0.05mg/L的Na2WO4·2H2O、0.014mg/L的H3BO3；Na2SeO4和NaNO3的添加量按后续试验指定浓度控制；向配置好的模拟废水中通入纯度99.99％的氩气，曝气20分钟以去除氧气；(2)实验装置准备在甲烷基质膜生物反应器中接种4mL甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群，以此作为接种源；在甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群中，含有按质量占比计算的下述菌种：α‑变形菌27.13％、β‑变形菌26.84％、γ‑变形菌25.87％、酸杆菌4.97％、鞘氨醇杆菌3.88％、绿菌2.20％、异常球菌0.96％，余量是非富集对象的杂菌；在反应器中装满含10mgSe/L SeO4...

【技术特征摘要】
1.一种利用甲烷基质MBfR还原硒酸盐和硝酸盐能力的评估方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)配制模拟废水在去离子水中添加溶质，使模拟废水中包括：1mg/L的CaCl2、0.4mg/L的NaOH、5mg/L的MgSO4·7H2O、300mg/L的NaHCO3、2.085mg/L的FeSO4·7H2O、200mg/L的NaH2PO4、400mg/L的Na2HPO4·12H2O、0.5mg/L的MnCl2·4H2O、1.8mg/L的HCl、0.068mg/L的ZnSO4·7H2O、0.12mg/L的CoCl2·6H2O、0.32mg/L的CuSO4、0.095mg/L的NiCl2·6H2O、0.242mg/L的Na2MoO4·2H2O、0.067mg/L的SeO2、0.05mg/L的Na2WO4·2H2O、0.014mg/L的H3BO3；Na2SeO4和NaNO3的添加量按后续试验指定浓度控制；向配置好的模拟废水中通入纯度99.99％的氩气，曝气20分钟以去除氧气；(2)实验装置准备在甲烷基质膜生物反应器中接种4mL甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原菌群，以此作为接种源；在甲烷厌氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵和平，钟亮，石凌栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33