[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

权利要求书

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/LNaAc、1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、5.7g/L Na₂HPO₄·12H₂O、1.5g/L NaH₂PO₄·12H₂O、0.1g/LNH₄Cl、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/LNaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/LCoSO₄、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/LNaNO₂、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/LFeSO₄、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。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微生物燃料电池为单室结构，其阳极为碳刷阳极，阴极为负载活性炭的石墨毡，运行时不需要添加缓冲液。