[发明专利]一种利用MBBR在低氧条件下还原六价硒的方法

说明书

本发明涉及微生物还原氧化态污染物技术，旨在提供一种利用MBBR在低氧条件下还原六价硒的方法。包括：取水底淤泥样品加入无机培养基中，添加硒酸盐后在严格厌氧条件下进行培养得到菌液，接种至MBBR中并以无机培养基作为运行液；向运行液中添加硒酸盐，氩气曝气以保持厌氧条件；以批量模式操作反应器，运行过程中连续通入甲烷气体并保持搅拌；分批投入硒酸盐并运行反应器直至SeO₃^2‑完全被还原为Se⁰。本发明厌氧甲烷氧化耦合硒酸盐生物还原的原理，通过将电子由甲烷转移至硒酸盐，实现了硒酸盐的生物还原及产物回收。本发明可以实现无电子残留、低能耗、控温减排，互助机制主要体现在厌氧甲烷氧化古菌和硒酸盐还原菌的协同作用。

技术领域

本发明属于微生物还原氧化态污染物技术领域，具体涉及一种利用MBBR在低氧条件下还原六价硒的方法。

背景技术

元素硒(Se)是一种类金属，位于第四周期VI A族。硒是一种重要的微量元素，具有抗癌、抗氧化等重要生理功能。硒摄取量每天低于40μg就会造成人体缺硒。但同时，每天摄入量超过75μg就可能引起糖尿病，超过400μg就会造成硒中毒。美国环保局定义饮用水中硒的最大污染限制值(MCL)为50μg-Se/L。

水体硒酸盐污染主要来源于地壳岩石、有机体释放和工业排放。其中，人类活动是引起硒盐在水环境中的迁移和积累的最主要因素。硒在工业中有广泛的应用，如在电子行业、玻璃制品、染料、冶金添加剂、光电管、农药等领域，这导致了富含高浓度的硒盐废水的产生。此外，矿石冶炼、化石燃料的燃烧、农业灌溉、核燃料的使用等过程都会释放大量的硒盐至周边水域。尤其是金属冶炼工业中的尾矿、煤矿和磷矿的废液，通常富含高浓度的硒盐。

硒有很明显的类金属特性，并以四种价态形式(+6,+4,0,-2)存在。硒在地表水、地下水、湿地等水域主要以无机态存在，如硒酸盐(SeO₄^2-)、亚硒酸盐(SeO₃^2-)、单质硒(Se⁰)和负二价硒(Se^2-)。SeO₄^2-、SeO₃^2-水溶性和生物利用性强,且具有很高的毒性。Se^2-虽具毒性，但极易被氧化成零价的Se⁰。Se⁰由于其高度不溶于水，因此生物活性很低，且无毒性。因此，水污染硒控制主要目的在于去除水环境中的SeO₄^2-与SeO₃^2-。

目前，硒氧阴离子生物还原(SeR)被认为是去除水环境中的SeO₄^2-与SeO₃^2-的一个很有效的方法。

曾有研究报告了基于甲烷(CH₄)的膜生物膜反应器(MBfR)中高效的硒酸盐生物还原。

硒酸盐生物还原与甲烷的厌氧/好氧氧化有很大不同。在厌氧生物合成过程中，古菌通过使用甲基辅酶M还原酶(MCR)通过“反向产甲烷”途径激活CH₄。然而，有氧甲烷氧化菌是由甲烷单加氧酶(MMO)将分子氧与CH₄结合生成甲醇。上述的研究报告中，MBfR中氧的微量出现(～0.2mg/L)阻碍了我们进一步研究甲烷厌氧氧化耦合硒氧阴离子生物还原(AOM-SeR)。

发明内容

本发明要解决的技术内容是，克服现有技术的不足，提供一种利用MBBR在低氧条件下还原六价硒的方法。是通过利用序批式膜生物反应器(MBBR)，在厌氧条件下，以甲烷(CH₄)作为唯一电子供体，实现氧化耦合硒酸盐还原菌群的富集。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：