一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器制造技术

本发明专利技术提供一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器，所述生物膜反应器通过以下步骤得到：制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液；将玻璃反应器放置在恒温器内，然后以珍珠岩颗粒作为成膜载体，将其填充于玻璃反应器中，加入细菌混合液浸没所有珍珠岩颗粒，向玻璃反应器内供氧，搅拌，使玻璃反应器内的混合液混合均匀；向玻璃反应器中加入新鲜的SMS培养基，每隔一周更换新鲜的SMS培养基，持续三周，砷氧化细菌在珍珠岩上形成生物膜；向玻璃反应器中加入合成地下水，持续培养三周，砷氧化细菌在生物膜上富集，即得到生物膜反应器。本发明专利技术利用单一特定的砷氧化效率极高的菌株构建了一个高效稳定的生物膜反应器，氧化效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器
本专利技术涉及高砷地下水修复领域，尤其涉及一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器。
技术介绍
近年来，利用砷氧化微生物构建的生物反应器氧化去除砷污染水体中的砷受到了很大的关注，一些固定化的砷氧化微生物被应用到砷氧化膜生物反应器中。Sun等人采用一株分离自厌氧污泥中的砷氧化微生物群落构建了一个依靠还原氯酸盐来氧化As(III)的生物反应器，该生物反应器在中性条件下需要24小时才能将0.45-1.92mmol/L的As(III)氧化98％以上，同时氯酸盐被完全还原成氯离子和水,该反应器以Dechloromonas和Stenotrophomonas两个属的菌为主,此外，砷氧化酶基因、固碳酶基因和氯酸盐还原酶基因都被检测到。AyumiIto等人将一株分离自活性淤泥的砷氧化菌固定到聚乙烯醇颗粒上，构建了一个在pH＝7条件下运行的砷氧化生物反应器，研究发现，当该反应器以水力停留时间为1小时运行时，含有1mg/LAs(III)的合成地下水能够被氧化92％，砷的氧化速率是1×10-9μg/cell/min；当反应器以0.5小时运行时，砷的氧化效率降低到了87％，氧化速率升高至2.1×10-9μg/cell/min。一种采用化能自养砷氧化菌Aliihoefleasp.2WW构建的生物反应器能够在8小时内将200μg/LAs(III)几乎全部氧化。此外，其他砷氧化生物反应器包括CASO1反应器和Thiomonasarsenivoransstrainb6构建的生物反应器。然而，现有的砷氧化生物膜反应器的砷氧化的稳定性较差、氧化效率低，提升生物反应器的砷氧化速率和效率是将微生物砷氧化应用于砷污染水体修复过程中极为关键的突破点。但是关于生物反应器在稳定性和长期运行方面的研究相对较少，尤其是在以确定的细菌来构建高效的生物膜反应器更加罕见。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高效稳定的砷氧化细菌构建的生物膜反应器。本专利技术提供一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器，所述生物膜反应器通过以下步骤得到：S1，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液；S2，将玻璃反应器放置在恒温器内，然后以珍珠岩颗粒作为成膜载体，将珍珠岩颗粒填充于玻璃反应器中，加入步骤S1确定的细菌混合液浸没所有珍珠岩颗粒，向玻璃反应器内供氧，搅拌，使玻璃反应器内的混合液混合均匀；S3，向玻璃反应器中加入新鲜的SMS培养基，每隔一周更换新鲜的SMS培养基，持续三周，砷氧化细菌在珍珠岩上形成生物膜；S4，向玻璃反应器中加入合成地下水，持续培养三周，砷氧化细菌在生物膜上富集，即得到生物膜反应器。进一步地，步骤S1中，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液的具体过程为：称取0.5～1.0g珍珠岩颗粒放置于10mL离心管中，用灭菌的玻璃棒将珍珠岩颗粒充分碾碎，涡旋震荡8～10min；利用灭菌的SMS培养基梯度稀释碾碎后的珍珠岩颗粒，选取稀释100倍、1000倍、10000倍的稀释液，分别取100μL的稀释液涂布到含有1mmol/LAs(III)和10mmol/LNaHCO3的无菌SMS固体培养基上；将涂布有稀释液的无菌SMS固体培养基放置于30℃生化培养箱中培养，无菌SMS固体培养基上长出单个的微生物菌落时，用接种环挑取所有不同的单个菌落，在新鲜的SMS固体培养基上划线纯化；纯化后的细菌长出后，将这些菌株的单菌落分别接种到含有1mmol/LAs(III)和10mmol/LNaHCO3的液体SMS培养基中，放置于30℃摇床中，180转震荡培养；三天后取样，对分离得到的单株进行鉴定以及功能检测，则确定出含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液。进一步地，步骤S2中，所述珍珠岩颗粒的直径为0.2～0.4cm。进一步地，步骤S2中，恒温器的温度设置为30℃，玻璃反应器的直径为7cm，高为15cm，利用氧气瓶以0.2MPa的压力向玻璃反应器中供氧，氧气瓶中氧气的纯度为99.999％，搅拌的流速设置为60.0mL/min。进一步地，步骤S3中，所述SMS培养基的pH值为7.0，其成分为：NaHCO3：0.84g/L，KNO3：0.18g/L，Na2HPO4·12H2O：0.1g/L，KH2PO4：0.015g/L，MgSO4·7H2O：0.1g/L，CH3COOK：0.196g/L，酵母提取物：0.2g/L,乳酸：0.45g/L以及5.0mL/L微量元素。进一步地，步骤S4中，合成地下水中的As(III)的浓度为30.0mg/L，合成地下水的成分为：NH4Cl：9mg/L，KNO3：6mg/L，H3PO3：3.16mg/L，SrCl26H2O：1.21mg/L，(NH4)6MoO24·4H2O：0.02mg/L，MnCl2·4H2O：18mg/L，CaCl2：277.5mg/L，MgSO4：150mg/L，NaHCO3：7.8mmol/L，FeSO4·7H2O：0.01mmol/L。进一步地，所述生物膜反应器能够在90分钟内完全将1.0mmol/LAs(III)氧化成As(V)。进一步地，所述SMS固体培养基通过在SMS培养基内加入1.5％琼脂得到。本专利技术还提供一种上述生物膜反应器在修复高砷地下水上的应用。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提供的生物膜反应器以多孔隙的珍珠岩作为成膜载体，具有接触面积大价格低廉的优点，以新鲜的合成矿物盐培养基作为微生物的成膜环境；本专利技术利用单一特定的砷氧化效率极高的菌株构建了一个高效稳定的生物膜反应器，该生物膜反应器能够在90.0分钟内完全将1.0mmol/LAs(III)氧化成As(V)，该氧化效率在之前所有单株生物膜反应器中是最高的；本专利技术为筛选生物反应器最佳的砷盐氧化细菌提供了新的方向，对环境中的砷污染问题的修复具有重要意义。附图说明图1是本专利技术一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器的制备流程示意图。图2是本专利技术一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器的制备装置示意图。图3是本专利技术对分离得到的单株进行鉴定以及功能检测的结果示意图，其中：图3(a)为各个菌株的菌属分析结果，图3(b)为各个菌株的砷氧化基因分析结果，图3(c)为各个菌株对砷的氧化功能结果图。图4是本专利技术显微镜下珍珠岩颗粒的形态，其中：图4(b)为显微镜下从生物膜反应器中取出的珍珠岩颗粒的形态，图4(c)为显微镜下干净的珍珠岩颗粒的形态。图5是本专利技术砷浓度变化与时间的关系曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图2，本专利技术的实施例提供了一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器，包括以下步骤：步骤S1，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液，具体过程为：1.1取0.5～1.0g直径为0.2～0.4cm的珍珠岩颗粒放置于10mL离心管中，用灭菌的玻璃棒将珍珠岩颗粒充分碾碎，涡旋震荡8～10min；1.2利用灭菌的SMS培养基(合成矿物盐培养基，Syntheticmineralsaltmedium)梯度稀释碾碎后的珍珠岩颗粒，选取稀释100倍、1000倍、10000倍的稀释液，分别取100μL的稀释液涂布到含有1mmol/LAs(III)和10mmol/LNaHCO3的无菌SMS固体培养基(无菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器，其特征在于，所述生物膜反应器通过以下步骤得到：S1，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液；S2，将玻璃反应器放置在恒温器内，然后以珍珠岩颗粒作为成膜载体，将珍珠岩颗粒填充于玻璃反应器中，加入步骤S1确定的细菌混合液浸没所有珍珠岩颗粒，向玻璃反应器内供氧，搅拌，使玻璃反应器内的混合液混合均匀；S3，向玻璃反应器中加入新鲜的SMS培养基，每隔一周更换新鲜的SMS培养基，持续三周，砷氧化细菌在珍珠岩上形成生物膜；S4，向玻璃反应器中加入合成地下水，持续培养三周，砷氧化细菌在生物膜上富集，即得到生物膜反应器。

【技术特征摘要】
1.一种砷氧化细菌构建的生物膜反应器，其特征在于，所述生物膜反应器通过以下步骤得到：S1，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液；S2，将玻璃反应器放置在恒温器内，然后以珍珠岩颗粒作为成膜载体，将珍珠岩颗粒填充于玻璃反应器中，加入步骤S1确定的细菌混合液浸没所有珍珠岩颗粒，向玻璃反应器内供氧，搅拌，使玻璃反应器内的混合液混合均匀；S3，向玻璃反应器中加入新鲜的SMS培养基，每隔一周更换新鲜的SMS培养基，持续三周，砷氧化细菌在珍珠岩上形成生物膜；S4，向玻璃反应器中加入合成地下水，持续培养三周，砷氧化细菌在生物膜上富集，即得到生物膜反应器。2.如权利要求1所述的砷氧化细菌构建的生物膜反应器，其特征在于，步骤S1中，制备并确定含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液的具体过程为：称取0.5～1.0g珍珠岩颗粒放置于10mL离心管中，用灭菌的玻璃棒将珍珠岩颗粒充分碾碎，涡旋震荡8～10min；利用灭菌的SMS培养基梯度稀释碾碎后的珍珠岩颗粒，选取稀释100倍、1000倍、10000倍的稀释液，分别取100μL的稀释液涂布到含有1mmol/LAs(III)和10mmol/LNaHCO3的无菌SMS固体培养基上；将涂布有稀释液的无菌SMS固体培养基放置于30℃生化培养箱中培养，无菌SMS固体培养基上长出单个的微生物菌落时，用接种环挑取所有不同的单个菌落，在新鲜的SMS固体培养基上划线纯化；纯化后的细菌长出后，将这些菌株的单菌落分别接种到含有1mmol/LAs(III)和10mmol/LNaHCO3的液体SMS培养基中，放置于30℃摇床中，180转震荡培养；三天后取样，对分离得到的单株进行鉴定以及功能检测，则确定出含有高效的砷氧化细菌的细菌混合液。3.如权利要求1所述的砷氧化细菌构建的生物膜反应器，其特征在于，步骤S2中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪春，祝贤彬，何忠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42