一种利用可见光削减纳米银对硝酸盐去除不利影响的方法

摘要

本发明提供一种利用可见光削减纳米银对硝酸盐去除不利影响的方法，包括以下步骤：（1）配制反硝化培养基，调节pH值至7.0，在预定温度下高压灭菌第一预定时间；（2）在厌氧环境下，将经超声处理过的AgNPs悬浮液加入经步骤（1）处理的反硝化培养基中，接种反硝化微生物；（3）于恒温光照摇床内振荡培养第二预定时间，进行反硝化作用。本方法所采用的光源属于可见光的范畴，实际可操作性强，可直接利用自然界中的可见光，这显著降低了削减纳米银材料不利影响的成本。

说明书

技术领域

本发明属于水、废水或污水的生物处理技术领域，具体涉及一种通过同时调节反硝化微生物的生长代谢和改变纳米银材料的物化性质，实现对反硝化微生物生长的调控和降低纳米银材料的毒性，从而削减纳米银材料对反硝化过程不利影响的新方法。

背景技术

近年来，纳米技术在全世界各国到了快速的发展，同时纳米材料因其独特的物理化学性质被广泛应用于生产和生活中。其中，AgNPs因具有独特优良的性质更受生产者的亲睐。纳米产品的广泛使用和废弃会导致产品中的纳米材料释放到周围的环境中，经过一定的时间势必会造成环境中纳米材料的积累。反硝化过程的顺利进行对于全球氮循环有着重要的作用，它是由反硝化微生物来完成的，广泛发生于土壤、河流、湖泊、海洋、底泥等各个自然环境中。在污水处理方面，反硝化过程更是生物脱氮中不可缺少的环节。因此，纳米产品对反硝化过程的安全性引起了人们的广泛关注。

目前，纳米材料毒性削减的研究尚处于起步阶段，并没有研究者进行系统深入的研究，但仍有部分相关研究报道。例如，通过对纳米材料进行表面修饰或者添加相应的配体来达到改变纳米材料本身的毒性或者通过添加大分子物质来降低纳米材料的毒性。但是上述方法均需提前改变纳米材料自身的特性，对于削减实际环境中纳米材料的毒性是不切合实际的。发明人的前期研究表明，微生物的活性是生物处理效果的关键，当反硝化微生物的活性高时，反硝化的会达到较好的整体处理效果和较强的抗冲击能力。而在暴露过程中，通过改变环境中暴露的纳米银材料的毒性，可有效降低纳米银材料对反硝化过程的毒性。因此，发明人考虑，如果能够同时强化反硝化微生物抵抗纳米银材料生物毒性的能力，降低暴露时纳米银材料的毒性，将达到有效削减其对反硝化过程的潜在影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效削减实际环境中纳米银材料对反硝化过程不利影响的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用可见光削减纳米银对硝酸盐去除不利影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配制反硝化培养基，调节其pH值至7.0，控制反硝化培养基的初始 NO₃^--N>

（2）在厌氧环境下，将经超声处理过的AgNPs悬浮液加入经步骤（1）处理的反硝化培养基中，接种反硝化微生物；控制暴露的AgNPs的浓度为1mg/L～5mg/L；

（3）于恒温光照摇床内振荡培养第二预定时间，进行反硝化作用；其中：控制恒温的温度为30 ℃，光照强度为12000LX，振荡培养的转速为160rpm，第二预定时间为24h。

本发明中，步骤（1）中，预定温度为120℃，第一预定时间为5min。

本发明中，步骤（2）中，厌氧环境是通过充入氩气吹扫第三预定时间所形成的。

本发明提出的利用可见光削减纳米银对硝酸盐去除不利影响的方法，推荐的工艺参数为：在反硝化过程暴露于纳米银材料的同时，进行可见光的照射，本发明的最佳光强为12000LX。为强化反硝化微生物抵抗纳米银材料生物毒性的能力，微生物的最佳生长环境保持为pH7.0，温度为30℃，厌氧环境，反应周期为24h。

本发明的有益效果是：

（1）本方法所采用的光源属于可见光的范畴，实际可操作性强，可直接利用自然界中的可见光，这显著降低了削减纳米银材料不利影响的成本。

（2）本方法适用于已释放到环境中的纳米银材料对反硝化过程的不利影响，可以在暴露过程中改变纳米银材料的物化特性。

（3）本方法可以实现有效削减纳米银材料对反硝化过程的不利影响。

（4）本方法具有操作简便，有效利用自然资源和削减效果显著等优点。

具体实施方式

对比例：

向血清瓶中加入反硝化培养基，120℃高压灭菌5min，保证反应初始NO₃^--N>

实施例1：

向血清瓶中加入反硝化培养基，120℃高压灭菌5min，加入AgNPs悬浮液，保证反应初始NO₃^--N>

实施例2：

向血清瓶中加入反硝化培养基，120℃高压灭菌5min，加入AgNPs悬浮液，保证反应初始NO₃^--N浓度为300mg/L左右，暴露的AgNPs为2mg/L，其他操作同对比例。经过24h后，测得避光条件下硝态氮浓度为147.3mg/L、亚硝态氮浓度为0.96mg/L；光照条件下硝态氮浓度为88mg/L、亚硝态氮浓度为0.35mg/L；避光条件下反硝化过程的最终脱氮率为52.5%，光照条件下反硝化过程的最终脱氮率为71.7%。

实施例3：

向血清瓶中加入反硝化培养基，120℃高压灭菌5min，加入AgNPs悬浮液，保证反应初始NO₃^--N浓度为300mg/L左右，暴露的AgNPs为5mg/L，其他操作同对比例。经过24h后，测得避光条件下硝态氮浓度为268.4mg/L、亚硝态氮浓度为19.30mg/L；光照条件下硝态氮浓度为185.2mg/L、亚硝态氮浓度为15.44mg/L；避光条件下反硝化过程的最终脱氮率为7.9%，光照条件下反硝化过程的最终脱氮率为35.8%。

由以上实施例1至实施例3可以看出，在同样的AgNPs暴露浓度的条件下，光照条件下反硝化过程的最终脱氮率均好于避光条件下反硝化过程的最终脱氮率；并且，随着AgNPs暴露浓度的增加，光照条件下反硝化过程的最终脱氮率比避光条件下反硝化过程的最终脱氮率更具有优势。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。