[发明专利]能在有氧环境中简单启动的纯菌Geobacter属微生物电化学系统

说明书

本发明涉及微生物培养技术，旨在提供一种能在有氧环境中简单启动的纯菌Geobacter属微生物电化学系统。该系统是以成型碳电极材料或修饰无定形碳的电极材料作为电化学活性生物膜的载体，以纯培养的Geobacter属微生物为接种源，培养液由PBS溶液、基质和好氧培养剂配置而成；该微生物电化学系统在有氧条件下运行，其顶空氧分压为0＜P_O2≤21％；所述培养液的基质是乙酸、乙醇或葡萄糖；好氧培养剂是三价铁盐、延胡索酸盐、六价铬盐、五价钒盐或六价铀盐中的一种或几种的混合物。本发明首次使用添加好氧培养剂的方法在电化学系统中好氧培养Geobacter属微生物，更符合实际应用需求、安全性高、普适性广、操作简便。

技术领域

本发明涉及微生物培养技术，特别涉及一种在有氧环境中启动纯菌Geobacter属微生物电化学系统的方法。该方法可应用于土壤修复、重金属回收、污水处理等，属于微生物学、生物电化学领域。

背景技术

在废水处理的同时回收有价值物质对缓解能源危机和环境污染问题具有重要意义，符合国家重大需求。微生物电化学系统(MESs)利用阳极上附着的电化学活性微生物氧化废水中的有机物，利用阴极接受阳极产生的电子，达到既处理废水又回收生物质能源，可实现废水处理过程由耗能向产能革命性转变，被认为是未来可持续废水处理的希望。

Geobacter属的微生物是一类具有较强电化学活性的微生物，在MESs的阳极生物膜中通常具有占主导地位。研究纯培养的Geobacter属微生物的电化学特性对于MESs的理论研究和实际应用都具有重要意义。然而，由于Geobacter属的微生物是一种严格厌氧微生物，对氧气极为敏感，难以在有氧情况下生长和形成阳极生物膜。因此，纯菌Geobacter属微生物的培养必须在严格厌氧的条件下进行，对厌氧设备和人员的操作水平要求较高，操作繁琐复杂，成功率低。

为了降低操作难度，提高纯菌Geobacter属微生物的培养成功率，通常在培养基中添加一定量的氧还原剂如半胱氨酸、硫化钠等以减少氧气对纯菌Geobacter属微生物的影响。然而，这些氧还原剂以含硫化合物为主，一方面，过量的氧还原剂可能对纯菌Geobacter属的微生物产生毒副作用，影响微生物的生长；另一方面，这些含硫化合物被氧化后形成的硫单质容易吸附在电极表面，影响纯菌Geobacter属微生物在电极表面的生长和吸附。因此，需要寻找在有氧环境中安全性高、普适性广、操作简便的Geobacter属微生物的培养方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种在有氧环境中启动纯菌Geobacter属微生物电化学系统的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种能在有氧环境中简单启动的纯菌Geobacter属微生物电化学系统，包括阳极、阴极和电化学活性生物膜；该微生物电化学系统是以成型碳电极材料或修饰无定形碳的电极材料作为电化学活性生物膜的载体，以纯培养的Geobacter属微生物为接种源，培养液由PBS溶液、基质和好氧培养剂配置而成；该微生物电化学系统在有氧条件下运行，其顶空氧分压为0＜P_O2≤21％；

所述培养液的基质是乙酸、乙醇或葡萄糖；好氧培养剂是三价铁盐、延胡索酸盐、六价铬盐、五价钒盐或六价铀盐中的一种或几种的混合物。

本发明中，所述培养液中，PBS溶液、基质和好氧培养剂的配比关系为：14mL PBS溶液∶1.5g/L乙酸钠∶20mM好氧培养剂。

本发明中，所述PBS溶液中含有2.45g/L NaH₂PO₄·H₂O，4.58g/L Na₂HPO₄，0.31g/LNH₄Cl，0.13g/L KCl，余量为水。

本发明中，所述成型碳材料是石墨片、碳布、石墨棒、碳纸、碳毡或碳纤维中的任意一种。