一种利用外源溶磷菌群强化铀污染地下水生物修复效果的方法技术

本发明专利技术涉及微生物技术领域，特别涉及一种利用外源溶磷菌群强化铀污染地下水生物修复效果的方法，包括驯化具有溶磷功能的微生物菌群，用于强化土著菌群修复铀污染地下水的生物矿化过程，该方法既能利用待修复地区土著菌群的环境适应性能，还可通过针对性投加缺失或者丰度较低的重要功能菌(溶磷菌)，构建更加高效的固铀菌群，又具有修复成本低、修复周期短、修复效果好、无二次污染等多重优点。无二次污染等多重优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用外源溶磷菌群强化铀污染地下水生物修复效果的方法


[0001]本专利技术涉及微生物
，特别涉及一种利用外源溶磷菌群强化铀污染地下水生物修复效果的方法。

技术介绍

[0002]环境治理中铀污染地下水生物修复的已有方法/工艺介绍：
[0003](1)生物还原
[0004]在铀污染地下水中，铀通常以U(
Ⅵ
)或U(IV)形态存在，其中U(
Ⅵ
)具有较高的溶解性和迁移性，常以铀酰离子(UO
22+
)等形式存在；而U(IV)溶解度小，常以沥青铀矿(UO2)或者无定形态U(IV)形式存在。生物还原是在还原环境下，还原型微生物(硝酸盐还原菌，硫酸盐还原菌，铁还原菌等)将电子供体(如乙酸、乙醇等)提供的电子传递给U(
Ⅵ
)，将溶解度较高的U(
Ⅵ
)还原为难溶的U(Ⅳ)，从而去除水中可溶态铀的过程。
[0005]生物还原过程涉及电子传递，对于不同的微生物，电子传递机制可能存在差异。研究表明，电子传递的方式主要有：(1)通过外膜和周质的细胞色素传递电子，(2)通过细胞器(包括菌毛)进行电子传递，(3)通过细胞外膜的延伸传递电子。关于传递电子的数量，研究者普遍认为U(
Ⅵ
)接受两个电子被还原为U(Ⅳ)；但也有人认为U(
Ⅵ
)首先接受一个电子被还原为U(
Ⅴ
)，接着两个U(
Ⅴ
)发生歧化反应生成U(Ⅳ)和U(
Ⅵ
)。
[0006]长期以来，沥青铀矿被认为是生物还原的唯一产物。但单体U(Ⅳ)在还原产物中被发现以后，研究者们认识到生物还原的产物还包括其他类型。而单体U(Ⅳ)是U(Ⅳ)与羟基或磷酸根等配位形成的非晶态铀，缺少稳定的晶体结构，容易被氧化，稳定性差。相比之下，沥青铀矿具有稳定的晶体结构，因此其稳定性要高于单体U(Ⅳ)。微生物类别(革兰氏阳性菌和阴性菌)、微生物培养基种类(培养基成分的简单和复杂)以及是否存在硅酸盐和磷酸盐离子都会影响还原产物类型。因此通过调控这些因素，可以增加铀还原产物中沥青铀矿的比例。
[0007]虽然沥青铀矿在铀污染地下水的还原环境中是稳定存在的，但是当溶解氧、硝酸盐等氧化性物质侵入后，沥青铀矿很容易会被氧化成迁移性更强的U(
Ⅵ
)；Moon等发现，将生物还原产生的U(Ⅳ)暴露在溶解氧的环境下，54天后大约有88％的铀被重新氧化。且Suzuki等发现，在厌氧环境下，铀经过微生物还原后，形成的沥青铀矿粒径小于3nm，容易受到外界环境影响被氧化，重新进入液体环境。而有研究表明，生物还原过程结束后，残余电子供体和还原性矿物都可以继续维持地下水的还原氛围，提高还原产物的稳定性。在生物还原的现场修复过程中只有持续投加电子供体(乙醇、乙酸)和还原剂(铁硫化物)，保持水体的长期还原环境，才能保证污染治理效果的长效性。
[0008](2)生物矿化
[0009]U(
Ⅵ
)的磷酸盐生物矿化是指微生物通过降解有机磷源等方式产生正磷酸盐与U(
Ⅵ
)生成磷酸铀酰沉淀，降低水体中铀的浓度。在生物矿化的初始阶段，U(
Ⅵ
)会因为静电
作用快速吸附到细胞表面，与细胞表面的磷酸基团、羧基、氨基结合固定。随后产生的磷酸根离子改变了微环境的物理和化学性质，胞外聚合物和胞体也为晶体的形成提供了成核位点，U(
Ⅵ
)
‑
磷酸盐在细胞表面形成晶核，并且在局部过饱和的条件下生长。而沉淀U(
Ⅵ
)的无机磷酸盐有三种来源：(1)微生物通过产生磷酸酶或植酸酶分解有机磷酸盐，(2)微生物分泌小分子有机酸(葡萄糖酸、苹果酸、草酸等)溶解无机矿物磷，(3)细胞内多磷酸盐的降解。
[0010]目前，对生物矿化的研究大多都集中在细胞表面，而最近有研究发现在细胞内部存在含铀矿物。Zhang等通过蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus 12
‑
2)去除铀的实验发现，铀先是被吸附到细胞表面形成无定形颗粒，随着时间推移，无定形颗粒以固体形式转移到细胞内部，转化成NH4(UO2)(PO4)
·
3H2O矿物。但对于含铀物质从细胞外部转移到内部的过程仍然不清楚，铀从细胞外转移到细胞内以及铀在细胞内的固定到底是一个特例还是具有普遍性，仍需我们通过进一步的研究认识。
[0011]生物矿化形成的产物通常是铀灰矿和次
‑
铀灰矿矿物相，例如HUO2PO4、Ca(UO2)2(PO4)2、Mg(UO2)2(PO4)2等。虽然沉淀中铀的价态为正六价，避免了被再氧化而引起迁移的风险，但是仍存在许多需要解决的问题，如矿化时间长、矿物粒径小、结晶度低、磷酸盐沉淀包裹微生物等。此外，溶磷菌可以分泌小分子有机酸促进含磷酸盐矿物溶解。在磷酸盐限制的情况下，溶磷菌可能会溶解磷酸铀酰沉淀，将铀重新释放到溶液中。目前，已有学者观察到溶磷菌对Ca[(UO2)(PO4)]2·
3H2O的溶解作用。除了微生物溶浸作用之外，磷酸铀酰沉淀也存在被还原的可能。在厌氧环境下，Khijniak等发现铁还原菌Carboxydothermus ferrireducens可以将铀铵磷石(NH4)(UO2)(PO4)
·
3H2O还原为人形石CaU(PO4)2·
H2O。而U(
Ⅵ
)
‑
磷酸盐沉淀在还原环境下是否会被还原可能与沉淀的溶解程度有关。Xue等在缺氧条件下研究金属还原菌对UO2HPO4·
4H2O的还原发现，细菌还原的是溶解态的U(
Ⅵ
)，而不是固相中存在的U(
Ⅵ
)。虽然磷酸铀酰沉淀具有再迁移的风险，但相对大部分还原产物来说，磷酸铀酰沉淀仍是较为稳定的产物。
[0012]当使用磷酸盐生物矿化方法去修复缺氧环境下铀污染地下水时，土著菌群中的溶磷菌的相对丰度较低，对甘油磷酸盐的降解释磷速率较慢，且导致铀的去除周期长。

技术实现思路

[0013]有鉴于此，本专利技术提供的一种利用外源溶磷菌群强化铀污染地下水生物修复效果的方法，通过筛选驯化下水道污泥中的微生物，获得具有溶磷功能的混合菌群，将其与甘油磷酸盐共同投入到地下水中来强化土著微生物修复铀污染。
[0014]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0015]本专利技术提供了溶磷菌群，其制备方法包括：取1g沉积物样品与含铀培养基混合，160rpm、30℃厌氧培养，以1％(v/v)的接种量传代，每传一代使新的含铀培养基中的铀浓度比上一代提高1mg/L，直到含铀培养基中的铀浓度达到20mg/L，获得对铀具有耐受能力的溶磷菌群；
[0016]所述含铀培养基的体积为200mL；
[0017]所述含铀培养基包括含有5mg/L铀的PVK液体培养基；
[0018]所述传代的间隔为8天；
[0019]所述沉积物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.溶磷菌群，其特征在于，其制备方法包括：取1g沉积物样品与含铀培养基混合，160rpm、30℃厌氧培养，以1％(v/v)的接种量传代，每传一代使新的含铀培养基中的铀浓度比上一代提高1mg/L，直到含铀培养基中的铀浓度达到20mg/L，获得对铀具有耐受能力的溶磷菌群；所述含铀培养基的体积为200mL；所述含铀培养基包括含有5mg/L铀的PVK液体培养基；所述传代的间隔为8天；所述沉积物样品包括中国东南部湖南省衡阳市的下水道污泥。2.如权利要求1所述的溶磷菌群，其特征在于，包括unclassified_f__Enterobacteriaceae、Propionispora、Dysgonomonas、Macellibacteroides、Citrobacter、Sedimentibacter、Burkholderia
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Caballeronia
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Paraburkholderia、Anaerotruncus和Aneurinibacillus，以及可接受的细菌。3.如权利要求2所述的溶磷菌群，其特征在于，包括：所述unclassified f Enterobacteriaceae的高通量测序相对丰度为0.436434；所述Propionispora的高通量测序相对丰度为0.04502；所述Dysgonomonas的高通量测序相对丰度为0.12714；所述Macellibacteroides的高通量测序相对丰度为0.15273；所述Citrobacter的高通量测序相对丰度为0.01626；所述Sedimentibacter的高通量测序相对丰度为0.16656；所述Burkholderia

【专利技术属性】
技术研发人员：王国华，宋建，章志悦，曾涛涛，李仕友，向金晶，贺珊，肖权津，邓一博，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：