1.本發(fā)明屬于微生物環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硫還原地桿菌在修復(fù)砷污染地下水環(huán)境中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.砷(as)是一種眾所周知的毒性元素，砷及其所有的化合物都是劇毒的，0.1g的as2o3即可致人死亡。近年來(lái)，人類(lèi)采礦，冶金等工業(yè)活動(dòng)的后遺排放和農(nóng)業(yè)活動(dòng)的殺蟲(chóng)劑、農(nóng)藥的使用是造成環(huán)境中砷污染的主要來(lái)源，釋放出的砷會(huì)在土壤中富集，然后隨著環(huán)境的變化進(jìn)入水環(huán)境中，對(duì)人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅，我國(guó)有40多個(gè)縣市超過(guò)1500萬(wàn)人面臨嚴(yán)重的水環(huán)境砷污染問(wèn)題。因此，水環(huán)境中的砷污染問(wèn)題亟待解決，砷污染的修復(fù)治理具有重要的環(huán)境意義。

3.水鐵礦由于其高比表面積，表面缺陷(活性位點(diǎn))性是砷污染地下水修復(fù)中最常用、最有效的天然鈍化劑，能對(duì)水環(huán)境中的砷有強(qiáng)烈的吸附和共沉淀作用。現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)水鐵礦固定砷的研究主要集中對(duì)水鐵礦的修飾和負(fù)載，提高水鐵礦及其復(fù)合物固砷效果，優(yōu)化吸附工藝的性能。cn109453734a公開(kāi)了一種mno2改性水鐵礦的吸附材料，對(duì)as(v)有優(yōu)良的吸附性能；cn108502962a公開(kāi)了一種水鐵礦

?

uf膜的組合工藝，同時(shí)去除了水中的三價(jià)砷和有機(jī)物(dom)，控制了副產(chǎn)物并緩解了膜污染；cn107400515a公開(kāi)了一種化學(xué)

?

生物鈍化劑，將水鐵礦與碳渣粉混合后與棘孢木霉菌共培養(yǎng)，干燥研磨后所得的鈍化劑減少了農(nóng)作物對(duì)土壤砷的吸收，降低了土壤砷的生物有效性。但上述現(xiàn)有技術(shù)并沒(méi)有解決一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題：水鐵礦由于其弱晶形，在水環(huán)境中不穩(wěn)定，容易團(tuán)聚為粒徑更大礦物和發(fā)生轉(zhuǎn)變，丟失大量活性位點(diǎn)，導(dǎo)致固定在表面的砷重新釋放到環(huán)境，失去固砷能力，造成二次污染。目前現(xiàn)有技術(shù)中幾乎沒(méi)有對(duì)環(huán)境中水鐵礦活性位點(diǎn)修復(fù)的研究，對(duì)砷的固定也僅僅停留在物理化學(xué)的吸附沉降，不僅成本高，而且有著二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供硫還原地桿菌(geobacter sulfurreducens)在修復(fù)砷污染地下水環(huán)境中的應(yīng)用。

5.本發(fā)明的另一目的在于提供一種砷污染地下水環(huán)境的修復(fù)方法。

6.本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

7.硫還原地桿菌在修復(fù)砷污染地下水環(huán)境中的應(yīng)用，采用水鐵礦對(duì)砷污染地下水環(huán)境中的砷進(jìn)行負(fù)載，形成載砷水鐵礦，且該載砷水鐵礦已經(jīng)老化和失活后，添加硫還原地桿菌進(jìn)行共培養(yǎng)，以對(duì)已經(jīng)老化和失活后的載砷水鐵礦所釋放的砷進(jìn)行再固定，并對(duì)水鐵礦活性位點(diǎn)進(jìn)行活化。

8.在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在所述砷污染地下水環(huán)境中添加乙酸鈉作為硫還原地桿菌的碳源。

9.進(jìn)一步優(yōu)選的，所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為18

?

25mm。

10.更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為25

?

33℃，時(shí)間為17

?

20d。

11.再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為20mm，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為30℃，時(shí)間為18d。

12.本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：

13.一種砷污染地下水環(huán)境的修復(fù)方法，采用水鐵礦對(duì)砷污染地下水環(huán)境中的砷進(jìn)行負(fù)載，形成載砷水鐵礦，且該載砷水鐵礦已經(jīng)老化和失活，在該砷污染地下水環(huán)境中添加硫還原地桿菌進(jìn)行共培養(yǎng)，以對(duì)已經(jīng)老化和失活后的載砷水鐵礦所釋放的砷進(jìn)行再固定，并對(duì)水鐵礦活性位點(diǎn)進(jìn)行活化。

14.在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在所述砷污染地下水環(huán)境中添加乙酸鈉作為硫還原地桿菌的碳源。

15.進(jìn)一步優(yōu)選的，所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為18

?

25mm。

16.更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為25

?

33℃，時(shí)間為17

?

20d。

17.再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為20mm，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為30℃，時(shí)間為18d。

18.本發(fā)明的有益效果是：

19.1、本發(fā)明利用g.sulfurreducens的異化鐵還原能力，能以水鐵礦作為電子受體進(jìn)行胞外電子傳遞，能將水鐵礦進(jìn)行還原性溶解，使大粒徑，低表面活性的水鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)樾×?，高表面活性位點(diǎn)“新生”水鐵礦，恢復(fù)了其固定砷的能力。

20.2、本發(fā)明在g.sulfurreducens異化鐵還原過(guò)程中，g.sulfurreducens通過(guò)氧化碳源乙酸鈉，將電子傳到水鐵礦，使鐵礦物的fe(iii)還原為fe(ii)，fe(iii)、fe(ii)釋放到液相中，在微生物eps的絡(luò)合作用下與液相中的as(v)發(fā)生共沉淀，對(duì)砷的固定起到了雙重作用；fe(ii)還能顯著提高水鐵礦的轉(zhuǎn)化速率，吸附在水鐵礦會(huì)催化水鐵礦發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變，在晶相轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，將環(huán)境中的as(v)固定在晶核，生成新的載砷次生礦物，對(duì)砷的固定起到三重作用。

21.3、本發(fā)明對(duì)液相中as(v)的去除率達(dá)到100％，克服了環(huán)境中水鐵礦因?yàn)槔匣突钚晕稽c(diǎn)的丟失而再次釋放砷的難題，更充分的利用了水環(huán)境中水鐵礦固砷的能力，在環(huán)境微生物修復(fù)治理砷污染領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

22.圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中af+g.s、af體系中fe(ii)濃度變化圖。

23.圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中af+g.s、af體系中as(v)濃度變化圖。

24.圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中af+g.s、af體系中乙酸鈉濃度變化圖。

25.圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中af第0天的礦物掃描電鏡圖。

26.圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中af體系第18天的礦物掃描電鏡圖。

27.圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中af+g.s體系第18天的礦物掃描電鏡圖。

28.圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中af+g.s體系第18天的次生礦物eds圖。

29.圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中af在第0天和實(shí)驗(yàn)組af+g.s、空白組af第18天的xrd圖。

具體實(shí)施方式

30.以下通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。

31.實(shí)施例1

32.本實(shí)施例利用厭氧血清瓶反應(yīng)器進(jìn)行g(shù)eobacter sulfurreducens調(diào)控水鐵礦固定砷。

33.一、方法：

34.1)水鐵礦的合成及載砷：取40g fe(no3)3·

9h2o溶于500ml去離子水中，在1000r的攪拌下利用500ml滴液漏斗快速滴加約330ml的1mol/lnaoh溶液，調(diào)ph至7.5，此過(guò)程中有大量紅褐色沉淀生成，即為水鐵礦。配制500ml 9.42g/l的na2haso4·

7h2o溶液，加入水鐵礦混合液中，調(diào)ph至7.5，攪拌1h(1000rpm)。靜置5h，去上清液后，剩余濁液用去離子水離心(6000rpm，10min)洗滌5

?

7次，即為載砷水鐵礦。冷凍真空干燥24h，過(guò)200目篩，密封避光保存。

35.2)geobacter sulfurreducens的富集培養(yǎng)：以乙酸鈉為電子供體(15mmol/l)、富馬酸(40mmol/l)為電子受體、培養(yǎng)溫度為30℃培養(yǎng)g.sulfurreducens至對(duì)數(shù)后期(24h)，厭氧手套箱中收集細(xì)胞，將血清瓶反應(yīng)器中菌液在手套箱中轉(zhuǎn)移至50ml離心管，離心(6000r，10min)，去上清，沉淀即為geobacter sulfurreducens菌體。

36.3)反應(yīng)體系的建立：在105ml厭氧血清瓶反應(yīng)器中加入50ml以乙酸鈉為碳源的培養(yǎng)基，加入0.2g載砷水鐵礦，調(diào)ph到7.0，混合氣(n2∶co2＝8∶2)吹掃1h(液面下30min，液面上30min)除盡體系中氧氣，封住瓶口。高溫高壓(121℃、20min)滅菌鍋將培養(yǎng)基滅菌和釋放體系中部分砷。在超凈臺(tái)中用無(wú)菌一次性注射器接種細(xì)胞，接種g.sulfurreducens的作為實(shí)驗(yàn)組(af+g.s)，不接種的作為空白組(af)。

37.4)檢測(cè)：所有血清瓶反應(yīng)器在生化培養(yǎng)箱中30℃避光培養(yǎng)。在18天內(nèi)定期取樣對(duì)體系元素含量監(jiān)測(cè)，使用菲噦嗪法測(cè)樣品中fe(ii)，使用原子熒光

?

高效液相(afs

?

hplc)聯(lián)用測(cè)體系中as(v)，使用hplc檢測(cè)體系中乙酸鈉濃度。

38.5)表征：使用sem

?

eds分析水鐵礦表面形貌和元素分布，使用xrd分析水鐵礦物相變化。

39.其中，培養(yǎng)基(1l)的配方如下：

40.2.04g ch3coona

·

3h2o；0.04g cacl2·

2h2o；0.1g mgso4·

7h2o；1.8g nahco3；0.5g na2co3·

h2o；1mlna2seo

4 stock solution；10ml 100x nb salts stock solution；10ml nb mineral elixir stock solution；15ml dl vitamins stock solution；電子受體。

41.電子受體：富馬酸(40mmol/l)(geobacter sulfurreducens富集培養(yǎng)體系)、含砷水鐵礦4g/l。

42.二、結(jié)果驗(yàn)證：

43.圖1是af+g.s、af體系中fe(ii)濃度變化圖，由于g.sulfurreducens能將體系總載砷水鐵礦中的fe(iii)還原為fe(ii)，固檢測(cè)液相中fe(ii)濃度變化是對(duì)g.sulfurreducens功能的一個(gè)宏觀(guān)反映。從圖1可以看出實(shí)驗(yàn)組af+g.s中有明顯的fe(ii)生成，在第6天時(shí)達(dá)到最高3.21mm，隨后逐漸下降，第18天反應(yīng)結(jié)束時(shí)到0.51mm，而空白組af在整個(gè)18天的反應(yīng)周期中都沒(méi)有fe(ii)的生成。圖2是af+g.s、af體系中as(v)濃度變化圖，

從圖2中可以看出在初始點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組af+g.s和空白組af的液相中都釋放出了約23.5mg/l的as(v)，實(shí)驗(yàn)組af+g.s液相中的as(v)濃度在第4天開(kāi)始明顯下降，到第10天后溶液中基本檢測(cè)不到as(v)，而空白組af的液相中as(v)濃度在18天的周期內(nèi)都維持在初始濃度23.5mg/l左右。說(shuō)明af體系中添加g.sulfurreducens對(duì)砷有很好的固定作用。圖3是af+g.s、af體系中乙酸鈉濃度變化圖，液相中乙酸鈉濃度的變化能很好的反映g.sulfurreducens作用的效果，在實(shí)驗(yàn)組af+g.s中能明顯看到乙酸鈉的消耗，從初始的20mm到結(jié)束時(shí)的15mm，而空白組af的乙酸鈉并未消耗。

44.圖4為af第0天的礦物掃描電鏡圖，從圖4可以看出，體系中af在滅菌鍋老化作用下，表面光滑，粒徑較大，比表面積較小，失去大量活性位點(diǎn)，導(dǎo)致大量的as(v)釋放到液相中。圖5為af體系第18天的礦物掃描電鏡圖，從圖5中看出空白組af中的載砷水鐵礦形貌與初始時(shí)相同。圖6為af+g.s體系第18天的礦物掃描電鏡圖，從圖6中可以看出，載砷水鐵礦表面變得粗糙，大量的小粒徑顆粒附著在表面，說(shuō)明由于g.sulfurreducens的異化鐵還原能力，使大粒徑的af裂解為小粒徑的af，具有更大的比表面積和更多的活性位點(diǎn)，進(jìn)而固定了液相中的as(v)。而且生成的fe(ii)和液相中的as(v)生成新的次生載砷礦物，呈片狀吸附在原始礦物表面。圖7為實(shí)驗(yàn)組af+g.s第18天次生礦物的eds圖，從圖7可以看出，次生礦物中也有as的存在，驗(yàn)證了次生礦物對(duì)砷固定的推測(cè)。圖8為af在第0天和實(shí)驗(yàn)組af+g.s、空白組af第18天的xrd圖譜，從圖8可以看出空白組af在實(shí)驗(yàn)結(jié)束(第18天)與初始時(shí)物相相同，而實(shí)驗(yàn)組af+g.s在第18天時(shí)，有明顯的針鐵礦的特征峰，說(shuō)明新生的載砷次生礦物為針鐵礦。

45.總體來(lái)講，本實(shí)施例利用g.sulfurreducens的異化鐵還原能力，對(duì)水鐵礦進(jìn)行還原性溶解，使大粒徑，低表面活性的水鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)樾×?，高表面活性位點(diǎn)“新生”水鐵礦，恢復(fù)和強(qiáng)化其固定砷的能力，同時(shí)生成新的次生礦物針鐵礦也具有一定的固砷能力，對(duì)水環(huán)境中的砷污染處理有很好的作用，對(duì)微生物的環(huán)境重金屬污染修復(fù)也具有指導(dǎo)意義。

46.以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。技術(shù)特征：

1.硫還原地桿菌在修復(fù)砷污染地下水環(huán)境中的應(yīng)用，其特征在于：采用水鐵礦對(duì)砷污染地下水環(huán)境中的砷進(jìn)行負(fù)載，形成載砷水鐵礦，且該載砷水鐵礦已經(jīng)老化和失活后，添加硫還原地桿菌進(jìn)行共培養(yǎng)，以對(duì)已經(jīng)老化和失活后的載砷水鐵礦所釋放的砷進(jìn)行再固定，并對(duì)水鐵礦活性位點(diǎn)進(jìn)行活化。2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于：在所述砷污染地下水環(huán)境中添加乙酸鈉作為硫還原地桿菌的碳源。3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于：所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為18

?

25mm。4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為25

?

33℃，時(shí)間為17

?

20d。5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于：所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為20mm，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為30℃，時(shí)間為18d。6.一種砷污染地下水環(huán)境的修復(fù)方法，采用水鐵礦對(duì)砷污染地下水環(huán)境中的砷進(jìn)行負(fù)載，形成載砷水鐵礦，且該載砷水鐵礦已經(jīng)老化和失活，其特征在于：在該砷污染地下水環(huán)境中添加硫還原地桿菌進(jìn)行共培養(yǎng)，以對(duì)已經(jīng)老化和失活后的載砷水鐵礦所釋放的砷進(jìn)行再固定，并對(duì)水鐵礦活性位點(diǎn)進(jìn)行活化。7.如權(quán)利要求6所述的修復(fù)方法，其特征在于：在所述砷污染地下水環(huán)境中添加乙酸鈉作為硫還原地桿菌的碳源。8.如權(quán)利要求7所述的修復(fù)方法，其特征在于：所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為18

?

25mm。9.如權(quán)利要求8所述的修復(fù)方法，其特征在于：所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為25

?

33℃，時(shí)間為17

?

20d。10.如權(quán)利要求9所述的修復(fù)方法，其特征在于：所述乙酸鈉在所述砷污染地下水環(huán)境中的濃度為20mm，所述硫還原地桿菌在所述砷污染地下水環(huán)境中的共培養(yǎng)溫度為30℃，時(shí)間為18d。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了硫還原地桿菌在修復(fù)砷污染地下水中的應(yīng)用，采用水鐵礦對(duì)砷污染地下水環(huán)境中的砷進(jìn)行負(fù)載，形成載砷水鐵礦，且該載砷水鐵礦已經(jīng)老化和失活后，添加硫還原地桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，以對(duì)已經(jīng)老化和失活后的載砷水鐵礦所釋放的砷進(jìn)行再固定，并對(duì)水鐵礦活性位點(diǎn)進(jìn)行活化。本發(fā)明利用G.sulfurreducens的異化鐵還原能力，能以水鐵礦作為電子受體進(jìn)行胞外電子傳遞，能將水鐵礦進(jìn)行還原性溶解，使大粒徑，低表面活性的水鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)樾×剑弑砻婊钚晕稽c(diǎn)“新生”水鐵礦，恢復(fù)了其固定砷的能力?；謴?fù)了其固定砷的能力?；謴?fù)了其固定砷的能力。

技術(shù)研發(fā)人員：王遠(yuǎn)鵬 黃珅華

受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門(mén)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.29

技術(shù)公布日：2021/9/6