[发明专利]一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法

摘要

本发明涉及微生物脱除NO_X领域，旨在提供一种高效脱除超高浓度NO_X的微生物的定向驯化方法。是利用微生物燃料电池作为微生物的培养与驯化场所，将生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水与普通反硝化微生物燃料电池的出水，依次经过微生物的接种、耐酸/碱性驯化、耐盐驯化、耐氧驯化和抗NO_X毒性驯化，最终在燃料电池中聚集经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NO_X的微生物。本发明在接种过程中引入了实际废水，丰富了微生物种群；将常规的培养基培养改成在微生物电化学体系中培养，增加了微生物的活性；经过不同pH、不同盐度，以及耐氧和抗NO_X毒性的驯化，使微生物的耐酸、耐碱、耐盐、耐氧以及抗NO_X毒性的能力提高。

主权项

1.一种高效脱除超高浓度NO_X的微生物的定向驯化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：微生物的接种；（1）首先取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；所述普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/L NaAc、1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、5.7g/L Na₂HPO₄·12H₂O、1.5g/L NaH₂PO₄·12H₂O、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl；所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、5.7g/L Na₂HPO₄·12H₂O、1.5g/L NaH₂PO₄·12H₂O、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/LZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；（2）将接种液加入单室微生物燃料电池中，在阴阳极之间连接外电阻作为负载；启动燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5%的范围内并持续相同的时间，表明在燃料电池中完成接种；（3）将去离子水与第一微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第一运行液；将燃料电池中的接种液全部更换为新鲜的第一运行液，然后连续运行3个周期；运行过程中，如电压低于50mV就全部更换新鲜的第一运行液；所述第一微量元素溶液与接种微量元素溶液相比，除额外增加2g/L NaAc外，其余成分保持不变；步骤二：耐酸/碱性驯化：（1）将去离子水与第二微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第二运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第二运行液，然后连续运行5个周期；所述第二微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/LZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；（2）在第二运行液的基础上，用NaOH或盐酸调节其pH值分别为11、10、9、8、7、6、5；然后，按此顺序依次更换使用不同pH值的运行液，每次均连续运行5个周期；步骤三：耐盐驯化：（1）将去离子水与第三微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，调整pH值为8，得到第三运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第三运行液，然后连续运行5个周期；所述第三微量元素溶液与第二微量元素溶液相比，除了NaCl的浓度改为1g/L之外，其余成分均保持不变；（2）在第三运行液的基础上，将NaCl的浓度依次改为5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、70g/L；然后，按此顺序依次更换使用不同NaCl浓度的运行液，每次均连续运行5个周期；步骤四：耐氧驯化：再次更新第三运行液，其NaCl浓度为70g/L；以10mL/min的流量向燃料电池中通入空气，并持续运行5个周期；步骤五：抗NO_X毒性驯化：（1）将去离子水与第四微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第四运行液；所述第四微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/L ZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第四运行液，并向其中通入含NO₂的N₂，N₂中NO₂的体积分数为0.5%；在此条件下运行5个周期；然后将新鲜的第四运行液中NO₂质量占比依次改为0.1%、1%、5%、10%、20%依次升高，且在每一浓度下分别运行5个周期；（2）按上述步骤（1）操作步骤，将气体依次替换成分别包含按体积分数计量的（0.1%NO+20%O₂）、（0.5%NO+20%O₂）、（1%NO+20%O₂）、（2%NO+20%O₂）的N₂，同样在每种气体浓度下分别运行5个周期；最终在燃料电池中聚集了经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NO_X的微生物。