厌氧铁氧化菌富集培养及硝酸盐型厌氧铁氧化过程研究
摘要：厌氧铁氧化菌是在厌氧条件下，将二价铁氧化成三价铁，从中获得能量的一类微生物。利用厌氧铁氧化菌进行的硝酸盐型厌氧铁氧化（NAFO）过程，就是厌氧铁氧化菌在厌氧条件下，利用亚铁作为电子供体将硝态氮转变为氮气，同时产生三价铁盐的过程。对NAFO过程的研究，能促进对氮污染治理的生物技术的发展。在本实验中，首先对城市污泥中的厌氧铁氧化菌进行了富集培养。然后分批次实验，通过记录投加的亚铁与硝态氮浓度变化，证实了实验体系中厌氧铁氧化菌与NAFO过程的存在，并在此基础上初步探究了投加不同浓度有机物对NAFO过程的影响，发现更高浓度的有机物投加对NAFO过程有积极影响，但影响不大。相比投加1倍浓度有机物实验组，投加2倍浓度有机物实验组的NAFO过程中亚铁氧化率提高了1.47%，硝态氮转化率提高了0.10%。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言 1
1 材料与方法2
1.1 材料 2
1．1．1 厌氧铁氧化菌富集培养材料2
1．1．2 亚铁浓度测定用材料2
1．1．3 硝态氮浓度测定用材料2
1.2 方法 2
1．2．1 厌氧铁氧化菌富集培养方法2
1．2．2 培养液中亚铁剩余含量测定3
1．2．3 培养液中硝态氮剩余含量测定3
1．2．4 硝酸盐型厌氧铁氧化过程探究方法3
2 结果与分析3
2．1 厌氧铁氧化菌作用下的NAFO活动3
2．1．1 NAFO过程中亚铁浓度变化及亚铁氧化率变化3
2．1．2 NAFO过程中硝态氮浓度变化3
2．2 不同浓度有机物对NAFO过程的影响5
2．2．1 不同浓度有机物对NAFO过程中亚铁浓度及亚铁氧化率变化5
2．2．2 不同浓度有机物对NAFO过程中硝态氮浓度变化影响5
3 讨论7
3．1 NAFO过程是在厌氧铁氧化菌作用下的生物过程 7
3．2 不同碳源投加量对NAFO过程影响7
3．3 实验
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
过程中出现的问题7
4结论 8
5展望 8
致谢8
参考文献8
图1 NAFO过程中亚铁浓度变化4
图2 NAFO过程中亚铁氧化率变化4
图3 NAFO过程中硝态氮浓度变化5
图4 有机物浓度对NAFO过程中亚铁浓度变化的影响6
图5 有机物浓度对NAFO过程中亚铁氧化率变化的影响6
图6 有机物浓度对NAFO过程中硝态氮浓度变化的影响7 厌氧铁氧化菌富集培养及硝酸盐型厌氧铁氧化过程研究
引言
引言
厌氧铁氧化菌（anaerobic ferrousoxidizing microorganism，AFOM）是微生物学、地质学和环境学领域的重大发现[1]。研究AFOM对于我们了解铁地质层形成，促进Fe、N、C等元素的地球化学生物循环，丰富微生物学的内容，开发厌氧铁氧化工艺技术，以及探索原始地球环境和外星生命现象，均有重要意义[1]。
厌氧铁氧化菌（AFOM）是在厌氧条件下，将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)，从中获得能量合成细胞物质的一类微生物[2]。它们是铁氧化菌( Feoxidizing microorganism，FOM) 的重要组成类群。人们对好氧铁氧化菌的研究，可追溯到19世纪80年代著名微生物学家Winogradsky对“铁细菌”的观察[3]，但直到20 世纪90 年代才由Widdel等[4]发现AFOM[5]。
铁元素是地壳中的第四大元素。在自然界，许多微生物的生存和发展都依赖于铁的氧化反应和还原反应[6]。AFOM 对厌氧环境中的铁素循环发挥着重要作用。不仅如此，AFOM 也已成为重金属回收、污水处理和饮水净化等领域的研究热点［6，7］。例如，AFOM
可将亚铁盐氧化为3价铁矿物(如磁铁矿、赤铁矿等)，这些3价铁矿物通过共沉淀以及物理吸附等作用去除饮用水、地表水中的重金属和放射性元素。在国外，已有Kappler和Straub、Sun等和Finneran等将AFOM应用于污染水体中磷、砷、铀等重金属的去除，并获得了一定成果[810]。此外，AFOM(化能自养型厌氧铁氧化菌)可以以阴离子(NO3、NO2、ClO3等)为电子受体，通过微生物代谢将其从废水中去除。同样，在国外，有Kumaraswamy等和Jrgensen等在该方面进行了探索，证实将黄铁矿置于砂质含水层中，利用AFOM的硝酸盐型厌氧铁氧化作用，可实现地下水硝酸盐的还原去除[11,12]。AFOM 的研究和应用已成为学界关注的热点。
利用厌氧铁氧化菌进行的硝酸盐型厌氧铁氧化过程（nitratedependent anaerobic ferrous oxidation，NAFO），就是厌氧铁氧化菌在厌氧条件下，利用亚铁作为电子供体将硝态氮转变为氮气，同时产生三价铁盐的过程（10FeCO3+2NO3+24H2O—10Fe（OH）3+N2+10HCO3+8H+）,张萌等通过投加不同的Fe/N摩尔比率的底物的研究，证实了NAFO过程中AFOM的必要作用[13]。本项目拟通过此过程中厌氧铁氧化菌对无机底物、有机物的利用变化，探究NAFO过程的基本机制机理。因该过程可能可以发展作为一个新兴的对污水进行脱氮的技术，故本课题可作为将来相关工作的依据。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 厌氧铁氧化菌富集培养材料
100mL实验室储备城市污泥；液体培养基，此培养液包含（g/L）：NH4Cl(0.25)；NaNO3（0.425）；CH3COONa(0.0082)； NaH2PO4(0.60)；KCl(0.1)；NaHCO3(2.5)，以及分别从维生素储液和微量金属储液中加入10mL。维生素储液包含（mg/L）：维生素H(2)；叶酸(2)；盐酸吡哆醇(10)；维生素B2(5)；维生素B1(5)；烟酸(5)；维生素B5(5)；维生素B12(0.1)；对氨基苯甲酸(5)。微量金属储液包含（g/L）：MgSO4 (3.0)；MnSO4H2O (0.5)；NaCl (1.0)；CaCl22H2O(0.1)；CoCl26H2O(0.1)；ZnCl (0.13)；CuSO4 (0.01)；AlK(SO4)212H2O(0.01)；H3BO2(0.01)；Na2MoO4(0.025)；NiCl26H2O(0.024)；Na2WO42H2O(0.025)。
1．1．2 亚铁浓度测定用材料
1L无水乙酸钠溶液（120g/L）；1L邻菲罗啉溶液（2g/L）；1L亚铁液：取0.7020g硫酸亚铁铵加入50mL1:1硫酸，定容至1L。亚铁标线制作：在5个50ml容量瓶中加入1:1硫酸两滴，分别加入0.5、1.0、1.5、2、2.5mL亚铁液，纯水润洗，加入4mL乙酸钠，5mL邻菲罗啉，定容至50mL，反应30min后，用紫外分光光度仪于波长510nm检测，得亚铁标准曲线：y=0.2045x+0.0013，R2=0.9999。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言 1
1 材料与方法2
1.1 材料 2
1．1．1 厌氧铁氧化菌富集培养材料2
1．1．2 亚铁浓度测定用材料2
1．1．3 硝态氮浓度测定用材料2
1.2 方法 2
1．2．1 厌氧铁氧化菌富集培养方法2
1．2．2 培养液中亚铁剩余含量测定3
1．2．3 培养液中硝态氮剩余含量测定3
1．2．4 硝酸盐型厌氧铁氧化过程探究方法3
2 结果与分析3
2．1 厌氧铁氧化菌作用下的NAFO活动3
2．1．1 NAFO过程中亚铁浓度变化及亚铁氧化率变化3
2．1．2 NAFO过程中硝态氮浓度变化3
2．2 不同浓度有机物对NAFO过程的影响5
2．2．1 不同浓度有机物对NAFO过程中亚铁浓度及亚铁氧化率变化5
2．2．2 不同浓度有机物对NAFO过程中硝态氮浓度变化影响5
3 讨论7
3．1 NAFO过程是在厌氧铁氧化菌作用下的生物过程 7
3．2 不同碳源投加量对NAFO过程影响7
3．3 实验
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
过程中出现的问题7
4结论 8
5展望 8
致谢8
参考文献8
图1 NAFO过程中亚铁浓度变化4
图2 NAFO过程中亚铁氧化率变化4
图3 NAFO过程中硝态氮浓度变化5
图4 有机物浓度对NAFO过程中亚铁浓度变化的影响6
图5 有机物浓度对NAFO过程中亚铁氧化率变化的影响6
图6 有机物浓度对NAFO过程中硝态氮浓度变化的影响7 厌氧铁氧化菌富集培养及硝酸盐型厌氧铁氧化过程研究
引言
引言
厌氧铁氧化菌（anaerobic ferrousoxidizing microorganism，AFOM）是微生物学、地质学和环境学领域的重大发现[1]。研究AFOM对于我们了解铁地质层形成，促进Fe、N、C等元素的地球化学生物循环，丰富微生物学的内容，开发厌氧铁氧化工艺技术，以及探索原始地球环境和外星生命现象，均有重要意义[1]。
厌氧铁氧化菌（AFOM）是在厌氧条件下，将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)，从中获得能量合成细胞物质的一类微生物[2]。它们是铁氧化菌( Feoxidizing microorganism，FOM) 的重要组成类群。人们对好氧铁氧化菌的研究，可追溯到19世纪80年代著名微生物学家Winogradsky对“铁细菌”的观察[3]，但直到20 世纪90 年代才由Widdel等[4]发现AFOM[5]。
铁元素是地壳中的第四大元素。在自然界，许多微生物的生存和发展都依赖于铁的氧化反应和还原反应[6]。AFOM 对厌氧环境中的铁素循环发挥着重要作用。不仅如此，AFOM 也已成为重金属回收、污水处理和饮水净化等领域的研究热点［6，7］。例如，AFOM
可将亚铁盐氧化为3价铁矿物(如磁铁矿、赤铁矿等)，这些3价铁矿物通过共沉淀以及物理吸附等作用去除饮用水、地表水中的重金属和放射性元素。在国外，已有Kappler和Straub、Sun等和Finneran等将AFOM应用于污染水体中磷、砷、铀等重金属的去除，并获得了一定成果[810]。此外，AFOM(化能自养型厌氧铁氧化菌)可以以阴离子(NO3、NO2、ClO3等)为电子受体，通过微生物代谢将其从废水中去除。同样，在国外，有Kumaraswamy等和Jrgensen等在该方面进行了探索，证实将黄铁矿置于砂质含水层中，利用AFOM的硝酸盐型厌氧铁氧化作用，可实现地下水硝酸盐的还原去除[11,12]。AFOM 的研究和应用已成为学界关注的热点。
利用厌氧铁氧化菌进行的硝酸盐型厌氧铁氧化过程（nitratedependent anaerobic ferrous oxidation，NAFO），就是厌氧铁氧化菌在厌氧条件下，利用亚铁作为电子供体将硝态氮转变为氮气，同时产生三价铁盐的过程（10FeCO3+2NO3+24H2O—10Fe（OH）3+N2+10HCO3+8H+）,张萌等通过投加不同的Fe/N摩尔比率的底物的研究，证实了NAFO过程中AFOM的必要作用[13]。本项目拟通过此过程中厌氧铁氧化菌对无机底物、有机物的利用变化，探究NAFO过程的基本机制机理。因该过程可能可以发展作为一个新兴的对污水进行脱氮的技术，故本课题可作为将来相关工作的依据。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 厌氧铁氧化菌富集培养材料
100mL实验室储备城市污泥；液体培养基，此培养液包含（g/L）：NH4Cl(0.25)；NaNO3（0.425）；CH3COONa(0.0082)； NaH2PO4(0.60)；KCl(0.1)；NaHCO3(2.5)，以及分别从维生素储液和微量金属储液中加入10mL。维生素储液包含（mg/L）：维生素H(2)；叶酸(2)；盐酸吡哆醇(10)；维生素B2(5)；维生素B1(5)；烟酸(5)；维生素B5(5)；维生素B12(0.1)；对氨基苯甲酸(5)。微量金属储液包含（g/L）：MgSO4 (3.0)；MnSO4H2O (0.5)；NaCl (1.0)；CaCl22H2O(0.1)；CoCl26H2O(0.1)；ZnCl (0.13)；CuSO4 (0.01)；AlK(SO4)212H2O(0.01)；H3BO2(0.01)；Na2MoO4(0.025)；NiCl26H2O(0.024)；Na2WO42H2O(0.025)。
1．1．2 亚铁浓度测定用材料
1L无水乙酸钠溶液（120g/L）；1L邻菲罗啉溶液（2g/L）；1L亚铁液：取0.7020g硫酸亚铁铵加入50mL1:1硫酸，定容至1L。亚铁标线制作：在5个50ml容量瓶中加入1:1硫酸两滴，分别加入0.5、1.0、1.5、2、2.5mL亚铁液，纯水润洗，加入4mL乙酸钠，5mL邻菲罗啉，定容至50mL，反应30min后，用紫外分光光度仪于波长510nm检测，得亚铁标准曲线：y=0.2045x+0.0013，R2=0.9999。
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