集成式微生物光电化学反应器处理缺碳废水硝酸盐的方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种集成式微生物光电化学反应器处理缺碳废水硝酸盐的方法。

背景技术

随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染问题日益严重，近年来由于氮肥滥用和污水排放，导致水体NO

脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)作为典型的自养反硝化菌，能够将NO

基于此，本发明提供了一种NO

发明内容

本发明的目的在于，针对原位耦合的无机半导体-微生物体系方法中存在的操作过程复杂、光照产生的活性氧损伤细菌、量子效率低和氧化亚氮还原酶(NOS)被抑制等缺点，提供一种集成式微生物光电化学反应器还原NO

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种集成式微生物光电化学反应器处理缺碳废水硝酸盐的方法，其特征在于，包括：构建集成式微生物光电化学反应器，向反应器中注入含NO

所述集成式微生物光电化学反应器的构建方法，包括如下步骤：

1)在石墨颗粒上培养Thiobacillus denitrificans生物膜；

2)利用溶胶凝胶法制备纳米TiO

3)将覆载纳米TiO

4)向覆载纳米TiO

作为一种可能的实施方式，进一步，步骤1)具体包括：

利用电化学工作站外加电压，将Thiobacillus denitrificans菌液离心/过滤取沉淀转接至双室电池阴极中与石墨颗粒共同培养。

作为一种可能的实施方式，进一步，电化学工作站外加电压为-500mV～-740mV；

所述双室电池的阳极为石墨板，阳极溶液为PBS缓冲溶液；双室电池的阴极为钛丝与石墨颗粒，阴极作为工作电极，阴极溶液为无电子供体的阴极培养基。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述Thiobacillus denitrificans菌液为Thiobacillus denitrificans在硫代硫酸钠培养基中培养的菌液，该培养基的pH值为6.5～7.5；Thiobacillus denitrificans菌液的OD

Thiobacillus denitrificans选用Thiobacillus denitrificans ATCC 25259、Thiobacillus denitrificans DSM 12475、Thiobacillus denitrificans JCM:3870中的至少一种。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述硫代硫酸钠培养基、无电子供体的阴极培养基与无电子供体培养基的组成，如下表所示：

其中，每升微量元素溶液SL-4中含有0.4～0.6g EDTA，0.1～0.3g FeSO

每升微量元素溶液SL-6含有0.08～0.12g ZnSO

每升硫酸亚铁溶液含有2mgFeSO

作为一种较优的实施方式，优选的，离心的转速为5000～8000r/min，离心时间为5～10min。

作为一种可能的实施方式，进一步，步骤2)具体包括：

a)在超声机和臭氧紫外清洗机中清洗铝管；

b)利用镀膜提拉机将溶胶凝胶法制备的TiO

作为一种可能的实施方式，进一步，步骤b)具体包括如下步骤：

将溶液A逐滴加入溶液B中，然后在混合溶液中加入HNO

接着将溶液在室温下保持24h，以进行溶胶-凝胶老化；

随后，利用镀膜提拉机将制备的溶胶-凝胶旋涂在铝管外部，并在500℃的马弗炉中煅烧2小时；

所述溶液A由76％的C

所述溶液B由54％的Ti(OC

所述溶液A与溶液B的比体积为19：31。

作为一种可能的实施方式，进一步，步骤3)中所述缓冲溶液选用PBS缓冲溶液；所述牺牲试剂的浓度为0.1～1wt％，其选用无水亚硫酸钠和九水合硫化钠的混合溶液；

所述混合溶液由3％～5％无水亚硫酸钠、8％～10％九水合硫化钠，85％～89％的去离子水组成。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述光照的光源选自太阳光、氙灯或者365nm灯带中的至少一种；

光照的光强为1～100mW/cm

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明以丰富廉价的光能作为驱动力激发TiO

本发明克服了原位耦合的无机半导体-微生物体系方法中存在的操作过程复杂、光照产生的活性氧损伤细菌、量子效率低和氧化亚氮还原酶(NOS)被抑制等缺点；具有工艺简单、能耗低、环保经济和安全稳定的优点，且系统构造相对简单，使其更易于以模块化方式进行修改和改进，因此可进行大规模的推广应用在实际体系中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，根据这些实施例获得所有其他的实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为Thiobacillus denitrificans-TiO

图2为不同纳米TiO

图3为所制得纳米TiO

图4为双室电池的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图1所示，本实施例提供了一种集成式微生物光电化学反应器处理缺碳废水硝酸盐的方法，包括：构建集成式微生物光电化学反应器，向反应器中注入含NO

集成式微生物光电化学反应器的构建方法，包括如下步骤：

1)在石墨颗粒上培养Thiobacillus denitrificans生物膜，具体包括如下步骤：

利用电化学工作站外加电压-500mV～-740mV，将Thiobacillus denitrificans菌液5000～8000r/min离心5～10min/过滤取沉淀转接至双室电池阴极中与石墨颗粒共同培养。本实施例中，石墨颗粒的直径为4mm，高度为4mm。

其中，双室电池的阳极为石墨板，阳极溶液为PBS缓冲溶液；双室电池的阴极为钛丝与石墨颗粒，阴极溶液为无电子供体的阴极培养基(如附图4所示)。

其中，Thiobacillus denitrificans菌液为Thiobacillus denitrificans在硫代硫酸钠培养基中培养的菌液，该培养基的pH值为6.5～7.5；Thiobacillus denitrificans菌液的OD

其中，Thiobacillus denitrificans选用Thiobacillus denitrificans ATCC25259、Thiobacillus denitrificans DSM 12475、Thiobacillus denitrificans JCM:3870中的至少一种。

步骤1)的具体操作步骤如下：

先组装完成双室电池，两电池间通过质子交换膜相隔，接着将阳极组成材料(钛丝、碳板)和阴极组成材料(石墨颗粒、弯曲成环的钛丝)放在各自的腔室内，然后两个腔室内装入去离子水，塞紧顶部橡胶塞后盖上黄色盖子，并放入灭菌锅中120℃灭菌(灭菌时需要平衡气压，防止爆裂)；

灭菌完成待其降至室温后将其连同无电子供体的阴极培养基、PBS缓冲溶液、离心后的Thiobacillus denitrificans菌液放入超净工作台中，利用真空泵将阴极、阳极腔室内的去离子水吸出，然后将灭菌后的PBS缓冲溶液注入阳极、将灭菌后的无电子供体的阴极培养基和离心后的Thiobacillus denitrificans菌液注入阴极，最后进行曝氮气除氧。

以上步骤操作完成后，将双室电池放在30℃恒温培养箱内，外接电化学工作站，施加-500mV～-740mV外加电压连续培养石墨颗粒上的阴极生物膜。

2)利用溶胶凝胶法制备纳米TiO

a)在超声机和臭氧紫外清洗机中清洗铝管，增强亲水性能；

b)利用镀膜提拉机将溶胶凝胶法制备的TiO

将溶液A逐滴加入溶液B中，然后在混合溶液中加入HNO

接着将溶液在室温下保持24h，以进行溶胶-凝胶老化；

随后，利用镀膜提拉机将制备的溶胶-凝胶旋涂在铝管外部，并在500℃的马弗炉中煅烧2小时；

溶液A由76％的C

溶液B由54％的Ti(OC

溶液A与溶液B的比体积为19：31。

3)将覆载TiO

所述混合溶液由3％～5％无水亚硫酸钠、8％～10％九水合硫化钠，85％～89％的去离子水组成。。

4)向覆载TiO

本发明实施例中硫代硫酸钠培养基、无电子供体的阴极培养基与无电子供体培养基的组成，如下表所示：

其中，每升微量元素溶液SL-4中含有0.4～0.6g EDTA，0.1～0.3g FeSO

每升微量元素溶液SL-6含有0.08～0.12g ZnSO

每升硫酸亚铁溶液含有2mgFeSO

实施例1

(1)将Thiobacillus denitrificans菌以1％的体积比接种至pH为7.0的Thiobacillus denitrificans硫代硫酸钠培养基中，30℃恒温培养；

(2)将直径4mm*高度4mm的石墨颗粒依次用HCl、NaOH和丙酮溶液超声清洗30min、然后再用去离子水超声清洗3次，1次/30min，中途更换去离子水。彻底洗净后放入70℃烘箱中烘干，再在120℃高温灭菌锅中灭菌备用；

(3)当步骤(1)中Thiobacillus denitrificans的OD

(4)在超声机和臭氧紫外清洗机中清洗铝管，增强亲水性能，然后将38mL溶液A(76％的C

(5)利用硅橡胶粘合玻璃管、覆载纳米TiO

(6)在30℃恒温条件下，利用365nm LED紫外灯(2.0mW/cm

为了分析Thiobacillus denitrificans、铝管外部覆载纳米TiO

综上所述，本发明包括自养反硝化菌Thiobacillus denitrificans、铝管外部覆载纳米TiO

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。