本发明属于废水处理及其资源化利用技术领域，具体涉及一种基于微生物异化金属还原作用的厌氧磷回收方法。
背景技术
磷是所有生物生长所必需的营养元素，但是由于磷在生物地球化学系统中的流动是单向的，且磷矿石的储量十分有限，使得磷成为人类发展的限制因素。然而，城市生活废水和工业污水中往往含有大量的氮磷，排入天然水体后会造成水体富营养化，同时也会导致氮磷流失严重。为解决水体磷含量超标与磷矿资源短缺的矛盾，响应可持续发展战略下资源循环利用的政策，需开发出能经济有效实现磷回收的方法。
众多研究表明污水进水中已存在一定数量的铁，基于污水处理工艺中铁磷元素大量共存的事实，回收高纯度、易于收集和储存的铁磷复合产品对于解决水体富营养化和磷矿石危机具有重大意义。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于微生物异化金属还原作用的厌氧磷回收方法，通过原位驯化异化金属还原微生物，在同一反应器中实现铁磷转化与磷回收，简化处理环节；同时利用异化金属还原作用从污水中高效回收蓝铁石，通过水体中厌氧微生物的还原作用，将铁磷沉淀为结晶实现资源化利用。
本发明为解决背景技术中的技术问题，通过以下技术方案实现：基于微生物异化金属还原作用的厌氧磷回收方法，包括如下步骤：
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用naoh溶液调节ph至7.6-8.0；
2)接种物驯化培养：
(1)取400-600ml水样，预处理水样，厌氧后于25-30℃下放置8-10h；
(2)在3000-4000rpm的条件下离心3-5min得到菌液；
(3)将步骤1)中配制培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，双层绝氧密封后放置在温度为25-30℃、转速为100-120rpm的摇床上，培养4-6周；
(5)接种物体系进行生物相的检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加不同浓度的磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:0.2-2；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量、亚铁含量和磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每4-7天及时补充一次10-20ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行4-6周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心8000-12000rpm,3-10min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)厌氧保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:0.2。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:0.25。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:0.33。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:0.5。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:1。
所述步骤3)-分步骤(1)中铁磷比为1:2。
所述步骤1)中naoh溶液浓度范围在1±0.5m。
本发明原理是基质中磷主要以磷酸盐的形式存在，厌氧条件下，在异化金属还原菌的作用下铁由三价铁转化为二价铁并与磷酸盐有效结合形成蓝铁石结晶，实现体系中铁的转化与磷沉降。
有益效果
1、蓝铁石回收工艺是在厌氧条件、微生物异化金属还原作用下，通过将铁磷沉淀为蓝铁石结晶，实现污水中磷的回收。因此，该工艺具有潜在的环境效益和经济效益，成为当前水处理研究的热点。由于蓝铁石结晶的形成需要异化金属还原菌的参与，利用微生物诱导形成蓝铁石进行污水厌氧磷回收的研究较少，本发明填补了该研究领域的空白。
2、本发明通过对接种物驯化培养，原位富集异化金属还原菌，利用微生物实现铁磷转化的同时回收蓝铁石作为磷矿，简化处理工艺，减少成本投入。
3、本发明拓展污水生物除磷的新途径，且能有效实现磷回收，具有较好的应用价值。
4、本发明所用的异化金属还原菌可通过污水厌氧驯化得到，更好地发挥微生物的活性。
5、本发明通过利用微生物的还原作用和污水中大量共存的铁磷元素，实现铁磷结合产生蓝铁石结晶，有效实现磷回收。同时避免额外添加碱源，大大降低处理成本及可能的二次污染。
附图说明
图1为本发明驯化获得的异化金属还原菌的生物相结果:
(a)样品驯化前后的相对丰度(门水平)；
(b)样品驯化前后的相对丰度(属水平)；
图2为本发明回收得到的蓝铁石结晶sem-edx图：
(a)sem图；
(b)edx图；
图3为本发明回收得到的蓝铁石结晶xrd图。
图4为金属溶液成分表。
图5为维生素溶液成分表。
图6为厌氧条件下不同实施例进行磷回收的结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方法做进一步的说明。提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
实施例1
基于微生物异化金属还原作用的厌氧磷回收方法，包括如下步骤：
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用1mnaoh溶液调节ph为7.6；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取400ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于25℃下放置10h；
(2)在3000rpm的条件下离心5min得到菌液；
(3)将步骤1)中配制培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为25℃、转速为100rpm的摇床上培养6周；
(5)接种物体系进行生物相检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:0.2；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每5天及时补充一次10ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行4周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心10000rpm,4min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
实施例2
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用0.5mnaoh溶液调节ph为7.7；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取400ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于25℃下放置8h；
(2)在3500rpm的条件下离心5min得到菌液；
(3)将步骤1)配制的培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为26℃、转速为110rpm的摇床上培养6周；
(5)接种物体系进行生物相检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:0.25；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每4天及时补充一次15ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行6周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心12000rpm,3min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
实施例3
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用1.5mnaoh溶液调节ph为7.8；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取400ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于27℃下放置8h；
(2)在4000rpm的条件下离心5min得到菌液；
(3)将步骤1)配制的培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为30℃、转速为120rpm的摇床上培养6周；
(5)接种物体系进行生物相检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:0.33；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每6天及时补充一次20ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行6周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心12000rpm,3min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
实施例4
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用0.8mnaoh溶液调节ph为7.7；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取500ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于30℃下放置10h；
(2)在4000rpm的条件下离心5min得到菌液；
(3)将步骤1)配制的培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为30℃、转速为120rpm的摇床上培养6周；
(5)接种物体系进行生物相检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:0.5；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每7天及时补充一次10ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行6周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心12000rpm,3min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
实施例5
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用1mnaoh溶液调节ph为8.0；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取600ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于25℃下放置8h；
(2)在4000rpm的条件下离心5min得到菌液；
(3)将步骤1)配制的培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为30℃、转速为120rpm的摇床上培养4周；
(5)接种物体系进行生物相检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:1；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每5天及时补充一次10ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行4周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心12000rpm,10min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
实施例6
1)配制培养基：用去离子水溶解1.5g·l-1nh4cl，0.075g·l-1cacl2，0.1g·l-1mgcl2·6h2o，0.68g·l-1kh2po4，0.1g·l-1kcl，1.64g·l-1乙酸钠，2.45g·l-1柠檬酸铁，添加5ml·l-1维生素溶液和12.5ml·l-1金属溶液后，用1mnaoh溶液调节ph为7.7；
其中，金属溶液成分如图4所示，维生素溶液成分具体如图5所示；
2)接种物驯化培养
(1)从污水处理厂进水处取400ml水样，经格栅渠处理的水样于玻璃瓶中，密封好盖子后于25℃下放置8h；
(2)在3500rpm的条件下离心3min得到菌液；
(3)将步骤1)配制的培养基置于厌氧瓶中，进行灭菌处理；
(4)将步骤(2)中菌液接种于厌氧瓶中，加胶塞和铝盖双层密封后放置在温度为25℃、转速为110rpm的摇床上培养6周；
(5)接种物体系进行生物相的检测；
3)异化铁还原过程：
(1)常温厌氧条件下，向接种物体系中投加磷酸盐，调节反应器中铁磷比为1:2；
(2)测定整个运行阶段的可溶性及可提取三价铁含量，亚铁含量，磷酸盐含量，测定光密度600(od600)反映生物生长状况；
(3)每5天及时补充一次15ml培养基；
4)蓝铁石回收：
(1)运行4周后，将反应器底部的蓝绿色透明晶体进行离心12000rpm,3min收集；
(2)对产物进行真空干燥；
(3)封口膜处理封口，避光保存，核算磷回收效率与蓝铁石产量。
图1(a)、(b)为本发明驯化获得的异化金属还原菌的生物相结果。
图2(a)(b)为本发明回收得到的蓝铁石结晶sem、edx图。
图6为厌氧条件下实施例1至6磷回收的结果数据列表。
可见，本发明通过对接种物驯化培养，原位富集异化金属还原菌，利用微生物实现铁磷转化的同时回收蓝铁石作为磷矿；本发明所用的异化金属还原菌可通过污水厌氧驯化得到，更好地发挥微生物的活性。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。