本发明专利技术公开了一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球及其制备方法和应用，属于环境保护技术领域。本发明专利技术采用海藻酸钙将反硝化微生物P.denitrificans、S.oneidensis MR‑1和石墨烯包埋形成P.denitrificans/S.oneidensis MR‑1/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球，所制备的微球耐有毒有害环境冲击性强，且可以实现菌株和材料的循环使用，当将该微球应用于硝酸盐污染或硝酸盐复合污染的厌氧反硝化体系中时，可以大大缩短硝酸盐达到90％去除率所需的时间，减少中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮的积累。
【技术实现步骤摘要】
脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球及其制备方法和应用，属于环境保护
技术介绍
在过去的几十年中，随着人类活动的加剧和含氮肥料的大规模使用，不可避免地导致了大量生物可利用氮，如硝酸盐等进入到环境中。微生物厌氧反硝化作为全球氮循环过程的一个重要组成部分，其将土壤或水体中的硝酸盐还原为氮气的过程为硝酸盐在环境中的去除转化提供了有效途径。然而实际的生物厌氧反硝化过程较慢，而且还会存在一些硝酸盐还原过程中间产物的积累，如亚硝酸盐和一氧化二氮。亚硝酸盐的存在不仅会危害水生生物的生存和人类的健康，它的积累还会影响污水处理系统中的功能微生物的正常运行。一氧化二氮则是潜在的温室气体，其所具有的温室效应潜能值是二氧化碳的300倍，同时一氧化二氮还是非常重要的臭氧消耗源，以目前的一氧化二氮排放量增长趋势(7％左右)进行估算，其会成为21世纪最大的臭氧消耗物质。此外，硝酸盐污染通常伴随有石油类、挥发酚类以及重金属的污染，根据文献报道，以酚类物质为代表的有机污染物和以铀为代表的重金属，都会对微生物反硝化作用产生不同程度的抑制作用，且会造成大量中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮的积累。因此，如何显著促进微生物在硝酸盐污染水体尤其是硝酸盐复合污染水体中的厌氧反硝化效率，减少中间产物的积累是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球及其制备方法和应用，本专利技术采用海藻酸钙将反硝化微生物P.denitrificans、S.oneidensisMR-1和石墨烯包埋形成P.denitrificans/S.oneidensisMR-1/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球，所制备的微球耐有毒有害环境冲击性强，且可以实现菌株和材料的循环使用，当将其应用于硝酸盐污染或硝酸盐复合污染的厌氧反硝化体系中时，可以大大缩短硝酸盐达到90％去除率所需的时间，减少中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮的积累。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球的制备方法，步骤为：将OD600均为3的脱氮副球菌P.denitrificans菌液和希瓦氏菌S.oneidensisMR-1菌液加入到石墨烯分散液中，混合均匀得混合液，得到的混合液中P.denitrificans的OD600为3，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的OD600的比值为5:1～1:5，石墨烯浓度为0.1～1mg/mL；然后将混合液与等体积的海藻酸钠溶液混合均匀后滴加至适量CaCl2溶液中，其中，海藻酸钠溶液的浓度为20～40g/L，CaCl2溶液的质量浓度为0.5～4％，室温条件下搅拌反应2h后，即得目标微球。优选地，所述的混合液中P.denitrificans的OD600为3，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的OD600的比值为1:2，石墨烯浓度为0.5mg/mL，海藻酸钠溶液的浓度为30g/L，CaCl2溶液的质量浓度为2％。采用上述制备方法制备的脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球。采用上述微球在厌氧反硝化过程中的应用。优选地，步骤为：首先向反硝化培养基中加入有机污染物或重金属污染物，然后加入微球，再加入CH3COONa，用酸碱调节剂调节体系的pH，鼓吹N2去除氧气，密封，灭菌，然后于碳氮比为1～8，温度为10～35℃，pH为6.0～9.0条件下进行厌氧反硝化培养。进一步优选地，所述反硝化培养基中含有以下成分：21.36mMKNO3,10.66mMNH4Cl,0.41mMMgSO4·7H2O,17.93mMKH2PO4,32.76mMNa2HPO4,3.00mM乳酸Lactate，0.2g/L酵母提取物，微量元素1mL/L；其中，每1mL微量元素中含有7.3mgNa2-EDTA、2.43mgFeCl3·6H2O、0.02mgMnCl2·4H2O、0.242mgNa2MoO4·2H2O、0.135mgCuCl2·2H2O和0.34mgZnCl2。进一步优选地，所述有机污染物为苯酚，苯酚在反硝化培养基中的浓度为0.5mM。进一步优选地，所述有机污染物为铀，铀在反硝化培养基中的浓度为0.08mM。进一步优选地，所述微球的投加量为：每100mL反硝化培养基中加入1.5mL的微球。进一步优选地，厌氧反硝化培养在碳氮比为5，温度为30℃，pH为7.0条件下进行。从以上描述可以看出，本专利技术具备以下优点：专利技术人在研究中发现，将S.oneidensisMR-1单独加入到含有P.denitrificans的厌氧反硝化培养基中进行厌氧反硝化时，S.oneidensisMR-1只能通过促进具有导电特性的微生物纳米导线的产生来提高P.denitrificans的反硝化效率，而将S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片共同加入到含有P.denitrificans的厌氧反硝化培养基中进行厌氧反硝化时，一方面，S.oneidensisMR-1能通过促进纳米导线的产生来提高P.denitrificans的反硝化效率，纳米石墨烯片能通过与反硝化微生物P.denitrificans之间的种间电子传递作用来提高反硝化效率，另一方面，纳米石墨烯片和P.denitrificans的共同存在可以促进S.oneidensisMR-1胞外聚合物中具有导电功能的细胞色素的产生，该细胞色素可以进一步促进P.denitrificans的电子传递活性，进而进一步促进P.denitrificans对硝酸盐的还原效率，减少中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮的积累。本专利技术采用海藻酸钙将反硝化微生物P.denitrificans、S.oneidensisMR-1和石墨烯包埋形成P.denitrificans/S.oneidensisMR-1/石墨烯/海藻酸钙，该微球耐有毒有害环境冲击性强，且可以实现菌株和材料的循环使用，此外，在硝酸盐污染尤其是硝酸盐复合污染的(硝酸盐-苯酚复合污染/硝酸盐-铀复合污染)厌氧反硝化体系中，该微球中的S.oneidensisMR-1、纳米石墨烯片、反硝化微生物P.denitrificans三者相互协同，可以大大提高P.denitrificans的电子传递速率，显著加快P.denitrificans的厌氧反硝化效率，从而大大缩短硝酸盐达到90％去除率所需的时间，减少中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮的积累。本专利技术通过优化微球制备条件及反硝化条件，可以进一步提高厌氧反硝化效率。附图说明图1是本专利技术所制备的反硝化凝胶微球PSG、PS、PG、P的图像；图2是实施例1，在无其他污染物存在条件下，反硝化凝胶微球PSG、PS、PG、P重复利用5次过程中硝酸盐去除率达到90％所需平均时间；图3是实施例1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球的制备方法，其特征在于，步骤为：/n将OD
【技术特征摘要】
1.一种脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球的制备方法，其特征在于，步骤为：
将OD600均为3的脱氮副球菌P.denitrificans菌液和希瓦氏菌S.oneidensisMR-1菌液加入到石墨烯分散液中，混合均匀得混合液，得到的混合液中P.denitrificans的OD600为3，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的OD600的比值为5:1～1:5，石墨烯浓度为0.1～1mg/mL；然后将混合液与等体积的海藻酸钠溶液混合均匀后滴加至适量CaCl2溶液中，其中，海藻酸钠溶液的浓度为20～40g/L，CaCl2溶液的质量浓度为0.5～4％，室温条件下搅拌反应2h后，即得目标微球。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的混合液中P.denitrificans的OD600为3，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的OD600的比值为1:2，石墨烯浓度为0.5mg/mL，海藻酸钠溶液的浓度为30g/L，CaCl2溶液的质量浓度为2％。
3.采用权利要求1或2所述的制备方法制备的脱氮副球菌/希瓦氏菌/石墨烯/海藻酸钙反硝化凝胶微球。
4.一种采用权利要求3所述的微球在厌氧反硝化过程中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤为：首先向反硝化培养基中加入有...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈银广，蒋萌，董磊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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