一种溴酸盐降解复合菌群及其富集培养方法与流程

本发明涉及环境微生物技术领域，特别涉及一种以废水中溴酸盐为处理对象的复合菌群及其富集培养方法。

背景技术：

溴酸盐是一种臭氧化副产物，当原水中存在一定浓度的溴离子时，经过臭氧消毒处理后的水体会产生消毒副产物——溴酸盐。溴酸盐是一种被国际癌症研究机构定为2b级(较高致癌可能性)的潜在致癌物，在水中性质非常稳定，一经形成很难去除。溴酸盐危害问题很早就存在，只是由于以前很难测定出环境样品中浓度低至ng/ml浓度级及其以下浓度级的微量溴酸盐，因此溴酸盐危害问题一直没有受到人们的高度重视。随着检测技术的进步，目前已在部分河流流域已检测到浓度为7-138μg/l的溴酸盐，因为工业污染，在部分地下水中甚至检测出浓度达1mg/l的溴酸盐。2004年世界卫生组织最新的《饮用水水质准则》中将溴酸盐限值从25μg/l修订为10μg/l。我国自2007年7月开始实施的新《生活饮用水卫生标准》中，也规定饮用水中溴酸盐的最大浓度限值为10μg/l。因此，如何控制和消除溴酸盐已逐渐成为研究热点。

在水处理中有两种方式来控制溴酸盐，一种是在生成之前控制反应条件使其生成量最小，例如，降低ph值可以减少oh·的生成，从而减少溴离子与oh·反应生成溴酸盐的途径；加入氨氮也可以减少溴酸盐的生成，然而水中残留的过量氨氮会使加氯量增加，后续处理还需要去除氨氮。另一种方式是在溴酸盐生成后采用一定方法降解它，使溴酸盐转化为无毒性的溴离子。常见的技术方法有活性炭吸附法、纳米零价铁还原法、紫外光降解法和生物降解法。由于活性炭的吸附能力有限，且吸附效能会随着处理时间的延长而不断降低；纳米零价铁对溴酸盐的去除效率很高，但其在空气中极容易氧化。目前，微生物还原降解是目前最有希望大规模应用的修复技术，其还原降解机理是在厌氧条件和酶的催化作用下通过微生物的作用，使修酸根作为电子受体接受环境中有机或无机电子供体提供的电子而被还原为无毒无害的溴离子。

在生态环境中，溴酸盐降解菌分布广泛，已有研究表明反硝化细菌降解硝酸盐的同时也能降解溴酸盐，高氯酸盐降解菌群对溴酸盐也有一定降解作用。由于溴酸盐进入水体后很难自然降解，因此富集培养一种溴酸盐菌群来降解溴酸盐便显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明目的是富集培养一种溴酸盐降解复合菌群，通过溴酸盐浓度的逐级递加来富集培养菌群，本发明采用的技术方案是：

(1)以污水处理厂的回流污泥作为接种污泥，在1l双室电极反应器阴极室中进行培养驯化。培养液中溴酸盐浓度为逐级递加，每个溴酸盐浓度下包括一个或多个运行周期；其中每个运行周期为24～48h，包括进水1.5h、厌氧反应21～44h、静置沉淀1～2h、排水0.5h，其余时间为驯化期。

(2)在驯化期维持培养液的ph为7.0～8.5，并在接种培养48小时后连续流加入1.55g/lk2hpo4，0.85g/lkh2po4，0.10g/lmgso4·7h2o，0.25g/lnahco3和1ml微量元素，于28～35℃下厌氧培养120天后，可获得溴酸盐降解复合菌群。

步骤(1)所述溴酸盐浓度从10μg以40μg浓度梯度逐级递加，浓度范围优选10～800μg/l。

步骤(2)所述碳源优选为无机碳酸氢钠。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

首先，本发明中溴酸盐复合菌群培养过程中可利用底物范围广且易于培养；菌群培养和应用过程中均不需外加有机碳源，大大节省了投资，从而降低了废水处理成本。其次，经过培养后的溴酸盐复合菌群浓度高(半小时沉降比为40～60％)，其生物活性好，适用于含溴酸盐的废水处理。再次，所使用的培养方法操作简单，适用于规模化生产，且具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为培养溴酸盐复合菌群的双室电极反应器示意图

图2为富集培养各个阶段复合菌群的分布示意图(otu相似水平97％)

其中：1-外加电源；2-排气孔；3-棒状阳极；4-阳极室；5-恒流泵；6-法兰连接；7-进水阀门；8-搅拌器；9-绝缘接头；10-石墨电刷片；11-气体收集管；12-阀门；13-片状阴极；14-阴极室。

具体实施方式

本发明富集培养溴酸盐降解复合菌群采用逐级增加溴酸盐浓度，首先取0.2l污水处理厂的回流污泥作为接种污泥，在1l双室电极反应器阴极室(如图1)中进行厌氧培养驯化。进水培养液中溴酸盐浓度以40μg/l浓度梯度从10μg/l逐级递加至800μg/l，当溴酸盐浓度在400μg/l以下时，每个溴酸盐浓度下包括一个周期；当溴酸盐浓度在400μg/l以上时，每个溴酸盐浓度下包括2个运行周期，其中每个运行周期为24～48h，包括进水1.5h、厌氧反应21～44h、静置沉淀1～2h、排水0.5h，其余时间为驯化期。在此期间，维持培养液的ph为7.0，电流强度维持在20ma，并连续流加入1.55g/lk2hpo4，0.85g/lkh2po4，0.10g/lmgso4·7h2o，0.25g/lnahco3和1ml微量元素，于30℃下进行厌氧培养。培养前30天，污泥中仍含有大量原生动物，尤其以钟虫数量较多；富集培养120天后，原生动物数量和种类明显减少，菌胶团较为密实，且阴极表面会形成一层淡黄色生物膜，污泥中未观察到丝状菌，此时培养液中浓度800μg/l的溴酸盐可在48～48h内去除95％以上，达到理想处理效果，故此认为溴酸盐降解菌富集培养完成。

为研究复合菌群富集程度及种属组成，对接种污泥取样编号为1号，对富集培养第15天，30天，45天，70天和120天的污泥分别进行取样，编号为2，3，4，5和6号样品。使用omega公司soildnakit逐步抽提样品基因组dna，利用1％琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组dna。

以提取的基因组dna为模板，按指定测序区域，使用引物为338f(5'-actcctacgggaggcagcag-3')and806r(5'-ggactachvgggtwtctaat-3')进行扩增。pcr采用transgenap221-02：transstartfastpfudnapolymerase；pcr仪：abi9700型。全部样品按照正式实验条件进行，每个样本3个重复，将同一样本的pcr产物混合后用2％琼脂糖凝胶电泳检测，使用axyprepdna凝胶回收试剂盒(axygen公司)切胶回收pcr产物，tris_hcl洗脱；2％琼脂糖电泳检测。

参照电泳初步定量结果，将pcr产物用quantifluor^tm-st蓝色荧光定量系统(promega公司)进行检测定量，之后按照每个样本的测序量要求，进行miseq高通量测序，得到各个培养阶段复合菌群的分布图(图2)。从图2可知，在富集培养最后阶段(70～120天)，菌种分布多样化，复合菌群主要包含相对丰度为30.65％枯草杆菌种(bacillus)、16.97％假单胞菌种(pseudomonas)、9.59％乳球菌种(lactococcus)和4.69％微小杆菌(exiguobacterium)。

实施例1

一种溴酸盐降解复合菌群极其富集培养方法包括以下步骤：

(1)以污水处理厂的回流污泥作为接种污泥，在1l双室电极反应器阴极室中进行培养驯化。培养液中溴酸盐浓度为逐级递加，每个溴酸盐浓度下包括一个或多个运行周期；其中每个运行周期为24～48h，包括进水1.5h、厌氧反应21～44h、静置沉淀1～2h、排水0.5h，其余时间为驯化期。

(2)在驯化期维持培养液的ph为7.0～8.5，并在接种培养48小时后连续流加入1.55g/lk2hpo4，0.85g/lkh2po4，0.10g/lmgso4·7h2o，0.25g/lnahco3和1ml微量元素，于28～35℃下厌氧培养120天后，可获得溴酸盐降解复合菌群。在富集培养120天后，原生动物数量和种类明显减少，菌胶团较为密实，且阴极表面会形成一层淡黄色生物膜，污泥中未观察到丝状菌，此时培养液中浓度800μg/l的溴酸盐可在48～48h内去除95％以上，达到理想处理效果，故此认为溴酸盐降解复合菌群富集培养完成。

对比例1

本对比例1中，与实施例1不同的是：在进行富集培养时，不采用逐步提高溴酸盐浓度的方法，而是从培养开始直接按照800μg/l的浓度向培养液中添加溴酸钠对菌群进行富集培养，其他培养条件与实施例1的相同。富集培养120天后，模拟废水中未见有大块团状菌胶团，最终出水溴酸盐去除率<50％。

与实施例1相比，对比例1的菌群降解溴酸盐效果明显较差。说明不采用逐步提高溴酸盐浓度的方法对菌群进行驯化培养，所富集的复合菌群很难有效降解溴酸盐。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方法均在本发明的保护范围内。