S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种S.oneidensis MR‑1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，属于环境保护技术领域。本发明专利技术方法通过将S.oneidensis MR‑1、纳米石墨烯、反硝化微生物P.denitrificans共同厌氧反硝化培养，通过控制厌氧反硝化体系中P.denitrificans和S.oneidensis MR‑1的接种比、纳米石墨烯片的浓度、碳氮比、温度和pH，S.oneidensis MR‑1、纳米石墨烯、反硝化微生物P.denitrificans三者协同作用，可以大大提高P.denitrificans的电子传递速率，从而大大提高厌氧反硝化效率，减少亚硝酸盐和一氧化二氮积累。

【技术实现步骤摘要】
S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法
本专利技术涉及一种S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，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。由此可见，微生物厌氧反硝化与全球环境问题，包括水体的富营养化以及气候变化等都有密切的联系。因此，寻求促进厌氧反硝化过程高速进行、且无中间产物积累的方法是十分必要的。
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S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，该方法通过将S.oneidensisMR-1、纳米石墨烯、反硝化微生物P.denitrificans共同厌氧反硝化培养，通过控制厌氧反硝化体系中P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的接种比、纳米石墨烯片的浓度、碳氮比、温度和pH，S.oneidensisMR-1、纳米石墨烯、反硝化微生物P.denitrificans三者协同作用，可以大大提高P.denitrificans的电子传递速率，从而大大提高厌氧反硝化效率，减少亚硝酸盐和一氧化二氮积累。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，步骤如下：预先在有氧条件下用灭菌的LB分别培养反硝化微生物脱氮副球菌P.denitrificans和希瓦氏菌S.oneidensisMR-1到OD600为2；反硝化体系培养选用的容器为无菌厌氧瓶，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；加入CH3COONa，用NaOH和HCl调节体系的pH；鼓吹N25min去除氧气，采用丁基橡胶隔膜和铝盖密封，121℃下灭菌15min；将预先培养好的反硝化微生物脱氮副球菌P.denitrificans接种到上述反硝化培养基中，再接种希瓦氏菌S.oneidensisMR-1，然后在培养基中继续加入超声分散后的纳米石墨烯片，进行厌氧反硝化培养。优选地，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的接种比为1mL:(1～15)mL。进一步优选地，P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的接种比为1mL:5mL。优选地，纳米石墨烯片在反硝化培养基中的浓度为10～200mg/L。进一步优选地，纳米石墨烯片在反硝化培养基中的浓度为50mg/L。优选地，厌氧反硝化培养的碳氮比为1～10，温度为10～35℃，pH为6.0～9.0。进一步优选地，厌氧反硝化培养的碳氮比为5，温度为30℃，pH为7.0。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单独加入到接种有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接种有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。本专利技术方法通过将S.oneidensisMR-1、纳米石墨烯、反硝化微生物P.denitrificans共同厌氧反硝化培养，通过控制厌氧反硝化体系中P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的接种比、纳米石墨烯片的浓度、碳氮比、温度和pH，S.oneidensisMR-1、纳米石墨烯、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，从而大大提高厌氧反硝化效率，减少中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮积累。本专利技术通过优化厌氧反硝化体系，可以进一步提高厌氧反硝化效率，其中，当厌氧反硝化体系中P.denitrificans和S.oneidensisMR-1的接种比(体积比)为1:5、纳米石墨烯片的浓度为50mg/L、碳氮比为5、温度为30℃、pH为7.0时，厌氧反硝化效率最高。附图说明图1是实施例1厌氧反硝化培养过程中体系硝酸盐浓度的变化。图2是实施例1厌氧反硝化培养体系中亚硝酸盐的最高累积浓度。图3是实施例1厌氧反硝化培养体系中一氧化二氮的最高累积浓度。图4是实施例1厌氧反硝化培养体系中的电子传递活性。图5是实施例1厌氧反硝化培养体系中胞外聚合物中细胞色素的基因表达水平。图6是实施例1厌氧反硝化培养体系中胞外聚合物中细胞色素特征吸收峰强度。具体实施方式下面通过实施例子，进一步阐述本专利技术的特点，但不对本专利技术的权利要求做任何限定。实施例1预先在有氧条件下用灭菌的LB分别培养反硝化微生物脱氮副球菌P.denitrificans(美国模式培养物集存库，菌种编号为ATCC19367，下同)和希瓦氏菌S.oneidensisMR-1(美国模式培养物集存库，菌种编号为ATCC7005本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种S.oneidensis MR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，其特征在于，步骤如下：/n预先在有氧条件下用灭菌的LB分别培养反硝化微生物脱氮副球菌P.denitrificans和希瓦氏菌S.oneidensis MR-1到OD

【技术特征摘要】
1.一种S.oneidensisMR-1和纳米石墨烯片耦合提高厌氧反硝化效率的方法，其特征在于，步骤如下：
预先在有氧条件下用灭菌的LB分别培养反硝化微生物脱氮副球菌P.denitrificans和希瓦氏菌S.oneidensisMR-1到OD600为2；反硝化体系培养选用的容器为无菌厌氧瓶，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；加入CH3COONa，用NaOH和HCl调节体系的pH；鼓吹N25min去除氧气，采用丁基橡胶隔膜和铝盖密封，121℃下灭菌15min；
将预先培养好的反硝化微生物脱氮副球菌P.denitri...

【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