CN101570731A - 一种电化学驯化、分离产电微生物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电化学驯化、分离产电微生物的方法及通过该方法所获得的高效产电菌群。本发明的方法主要通过微生物电池的电化学作用实现，通过对接种液(工业废水、生活污水等)内混合微生物反复驯化、选择，富集大量高效产电微生物，同时在对微生物的驯化过程中也促进了电池的产电能力及对阳极液COD的降解率。本发明的方法操作简单，不但利于高效产电微生物的筛选，而且实现了驯化、分离技术与电池运行的联合操作，避免了传统直接分离技术(平板划线分离技术等)难获得目的菌种的缺点，同时也避免了反复刮膜驯化方法操作复杂、操作周期长及影响微生物产电活性的缺点。

Description

一种电化学驯化、分离产电微生物的方法

技术领域

本发明涉及采用电化学法驯化微生物电池接种液(工业废水、生活污水等)内产电微生物的方法，通过该方法驯化、分离后所获得的纯种高效产电菌种，及其微生物电池的应用。

背景技术

由于能源的日益短缺，开发新型清洁能源及调整能源结构已成为全世界的共识，在此背景下，生物电化学技术被广泛应用，其中主要包括微生物燃料电池(microbial fuel cell，简称MFC)和微生物电解池(microbialelectrolysis cell，简称MEC)技术，前者是以微生物为催化剂，通过微生物的代谢把储存在生物质内的化学能转换成电能的装置；后者是以微生物为催化剂，在外加电压的协助下，通过微生物的代谢把储存在生物质内的化学能转换成氢能的装置。可以看出，二者通过微生物电池的作用分别产生电能和氢能，并同时降低阳极液COD值，涉及当今能源与环境两大问题的解决。

利用MEC实现对产电菌种的驯化、分离操作。清洁、高效、可再生的氢能被能源界誉为“未来能源”，目前，工业上获取氢气的方法主要是在高温下从天然气中提取。此外，还有水的电解、水的光电解、太阳能制氢、水煤气转化制氢、甲烷裂解制氢及生物质气化等。这些方法虽然能制取氢气，但成本太高或可操作性低。随着氢气用途的扩展，氢气的用量迅速增加，开发经济高效的制氢技术已成为当今社会迫切需要解决的重大课题。

生物电化学制氢技术是目前低成本、高效制氢技术的研究热点。具体地说，MEC工作原理为：在阳极室微生物氧化有机物生成二氧化碳、质子和电子，电子被转移到阳极，通过外电路到达阴极，同时质子通过离子交换膜转移到阴极。阳、阴极反应室是密闭的，保持无氧环境，通过电化学方法利用外电源在MEC电路中增强阴极的电势，一方面提供部分细菌生长所需的能量，另一方面提供电子给阴极。而在阴极质子直接被用作电子受体，产生氢气，同时阳极室溶液COD值降低。

以葡萄糖为例，MEC反应原理图见附图1，MEC制氢基本反应式见式(1)-(3)：

阳极：

C₆H₁₂O₆+6H₂O→24H⁺+24e^-+6CO₂    (1)

阴极：

24H⁺+24e^-→12H₂                 (2)

总反应式：

C₆H₁₂O₆+6H₂O→12H₂+6CO₂         (3)

所以，理论上1mol葡萄糖经生物电化学作用可产生12mol氢气，这种利用有机物直接生产氢气的方法，与电解水相比极大地降低了能耗。该方法利用一个大于理论值110mV(如300mV～400mV)的电压，阴极就可以产生氢气。这个电压要比电解水产生氢气的电压(理论值1210mV，电解液pH为中性)低的多。目前，国内外对该技术的研究尚处于起步阶段。

在Logan Bruce E.等的文章《Electricity-producing bacterial communitiesin microbial fuel cell》(TRENDS in Microbiology，2006，14(12)：512-518)及洪义国等的文章《产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展》(微生物学报，2007，47(1)：173-177)中阐释：微生物的产电活性是生物电化学系统具备良好处理能力(产电速率、溶液COD降解率)的关键。微生物的产电活性主要是指促进微生物降解有机物，产生电子和质子的能力。自然界中微生物种类是一个庞大的系统，有些菌种如果没有中介体传递电子其产电速率极低甚至不产电，又有些菌种自身分泌中介体协助产电，而自身分泌中介体以协助产电的菌种其产电活性也是高低不等，因此，驯化、分离获得高效产电菌种是生物电化学技术处理污水研究中必须首先解决的问题。

目前已报道的电化学驯化、分离产电微生物的方法主要为多次刮移生物膜法(scrap off the biofilm)。Korneel Rabaey在文献《Biofuel Cells Selectfor Microbial Consortia That Self-Mediate Electron Transfer》(APPLIED ANDENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，2004，70(9)：5373-5382)采用多次刮移MFC生物膜法对混和产电菌种驯化、分离，该法是将厌氧污泥放入MFC内发电，一定时间后将阳极电极上的微生物膜刮下并放入新鲜培养基中制成菌悬液，再取适量上述菌悬液放入另一个MFC放电，如此进行放电-刮膜循环七次。此种驯化、分离操作没有明确的标准判断微生物膜的成熟情况而采取刮膜操作会造成膜活性的损失并延长膜再成熟所需时间，同时该法驯化次数多达7次，驯化时间长达63天，操作周期长，操作复杂，整个过程中对厌氧条件要求十分严格，该法在MFC及MEC工业化应用的可行性极低。另外，国内专利《一种用于产电微生物高通量培养与筛选的装置》(专利号：200810114729.6)中提到的产电微生物筛选方法是侧重于几种已获得产电微生物产电活性的比较，从而选出产电活性较大的微生物，且所述筛选装置安装较复杂，装置运行环境要求严格，并不适于产电微生物的工业化筛选过程。

发明内容

本发明的目的：

提供一种简单且实用的高效产电菌的驯化、分离方法，该方法实现驯化、分离技术与电池运行的联合操作，并且过程中不断促进电池的产电能力及对阳极液化学需氧量(COD)的降解率。

具体而言，本发明提供一种驯化、分离产电微生物的方法，该方法包括以下步骤：

1)构建微生物电池，所述微生物电池包括阳极室和阴极室，在所述阳极室和阴极室之间装有离子交换膜，在所述阳极室中装有无菌阳极液，在所述阴极室中装有阴极液，其中将含有菌群的样本接种到阳极液中；

2)向所述阳极室中加入促进微生物生长的营养液；

3)在所述阳极室中的阳极和阴极室中的阴极之间施加电压以使电池运行，产电效率逐渐增加至一个最大值并保持稳定；和

4)从所述阳极上获得含有产电微生物的微生物膜，并且从所述微生物膜分离纯种产电微生物。

在本发明的一个优选实施方案中，上述方法在步骤3)和4)之间还包括以下步骤A：当电池产电效率开始下降时，更换阳极液为新鲜无菌阳极液，并通入氮气于阳极室以确保阳极室厌氧，产电效率再次逐渐增加至一个最大值并保持稳定。更优选地，在本发明的方法中重复步骤A至少一次。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述微生物电池是微生物燃料电池或微生物电解池。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述阳极的材料为炭毡，优选制成格子式。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述阴极的材料为非浸水性碳纸，优选表面载有Pt。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述离子交换膜为Nafion112膜或Nafion115膜。对本发明的离子交换膜没有特别限制，只要它能够使得阴极液和阳极液隔开，不会有明显污染情况。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述无菌阳极液为无菌模拟废水，所述无菌模拟废水的组成如下：葡萄糖1g/L-10g/L，KCl 0.1g/L-0.8g/L，NH₄Cl 0.1g/L-4g/L，NaH₂PO₄ 1g/L-19g/L，Na₂HPO₄ 2g/L-15g/L，pH＝5.0-8.0，优选所述无菌阳极液占所述阳极室的容积的70％-80％。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述阴极液为磷酸缓冲溶液，优选所述阴极液占所述阴极室容积的80-95％，更优选90％。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述含有菌群的样本是污泥、土壤、工业污水或生活污水，优选接种量占所述阳极室容积的15％-25％。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述含有菌群的样本是纯菌种培养物。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述营养液的组成为：葡萄糖1g/L-5g/L，维生素C 0.1g/L-1g/L。

在本发明的另一个优选实施方案中，从所述微生物膜分离纯种产电微生物是如下进行的：配制分离培养基对所述微生物膜上的混合微生物进行几次平板划线分离，可获得纯种产电菌种，所述分离培养基成分及其浓度范围为：CH₃COONa 1.0g/L-10g/L，CH₃CH₂COONa 0.1g/L-1.5g/L，NaCl 1.0g/L-7.0g/L，(NH₄)₂SO₄ 0.2g/L-2g/L，MgSO₄ ^·7H₂O 0.1g/L-0.9g/L，KH₂PO₄ 0.2g/L-1.8g/L，K₂HPO₄ 0.1g/L-1.2g/L，CaCl₂ 20mg/L-100mg/L，MnSO₄ 2mg/L-10mg/L，FeSO₄ 0.7mg/L-5mg/L，酵母膏0.1g/L-0.8g/L，蛋白胨2mg/L-25mg/L，谷氨酸0.1mg/L-1.5mg/L，pH＝5.0-8.0，在该配方中添加10g/L-45g/L琼脂。

在本发明的另一个优选实施方案中，所述含有菌群的样本是以下各项中的一种或它们的组合的培养物：xin1，xin2，xin3，xin4，xin5，xin6，和它们的子代。

在另一方面，本发明还提供根据本发明任一实施方案的方法获得的产电微生物。

在本发明的一个优选实施方案中，所述产电微生物属于芽孢杆菌属(Bacillus sp.)，不动杆菌属(Acinetobacter sp.)，丛毛单胞菌属(Comamonassp.)，假单胞菌(Pseudomonas sp.)，埃希氏菌属(Escherichia sp.)或丛毛单胞菌属(Comamonas sp.)。优选地，所述产电微生物为xin1，xin2，xin3，xin4，xin5，xin6。

应当指出，本发明的各种实施方案和优选实施方案可以根据需要进行任意组合。

本发明的方法主要通过微生物电池的电化学作用实现，通过对接种液(工业废水、生活污水等)内混合微生物反复驯化、选择，富集大量高效产电微生物，同时在对微生物的驯化过程中也促进了电池的产电能力及对阳极液COD的降解率。本发明的方法操作简单，不但利于高效产电微生物的筛选，而且实现了驯化、分离技术与电池运行的联合操作，避免了传统直接分离技术(平板划线分离技术等)难获得目的菌种的缺点，同时也避免了反复刮膜驯化方法操作复杂、操作周期长及影响微生物产电活性的缺点。

附图说明

图1.MEC系统运行原理图；

图2.菌种xin1 16S rDNA的碱基全序列；

图3.菌种xin2 16S rDNA的碱基全序列；

图4.菌种xin3 16S rDNA的碱基全序列；

图5.菌种xin4 16S rDNA的碱基全序列；

图6.菌种xin5 16S rDNA的碱基全序列；和

图7.菌种xin6 16S rDNA的碱基全序列。

具体实施方式

本发明的具体技术方案：

如文献《Are there biofilm-specific physiological pathways beyond areasonable doubt？》所述：微生物载体上生物膜形成到死亡需经历如下过程：微生物在电极上的吸附、多个微生物菌落的形成和逐渐扩大、成熟生物膜的形成及生物膜的解离，其中，阳极上成熟生物膜的形成对MFC及MEC的处理能力至关重要。同时，在连静等的文章《直接微生物燃料电池的构建及初步研究》(过程工程学报，2006，6(3)：408-412)与Cresson R.等的文章《Biofilm formation during the start-up period of an anaerobic biofilmreactor-Impact of nutrient complementation》(Biochemical EngineeringJournal，2006，30(1)：55-62)及Cristian Picioreanu的文章《A computationalmodel for biofilm-based microbial fuel cells》(WATER RESEARCH，2007，41(3)：2921-2940)报道了：生物电池运行的过程中，当电池运行达到最大产电量时，载体上已形成较成熟的生物膜，包含足够多的且具有一定产电活性的菌群。

在本专利实施中，根据MEC产氢速率判断生物膜的成熟，当MEC产氢速率达到恒定最大值时即表示电极上成熟生物膜已形成，即当MEC第一次运行达到最大产氢量时，载体上已形成较成熟的生物膜，包含足够多的且具有一定产氢活性的菌群。待产氢量有所下降时，吸净阳极液，排除电池长时间运行后阳极室内累积副产物及老化解离细胞对MEC的影响，快速注入新鲜无菌阳极液，MEC再次运行后，产氢量会有所增长。如此反复进行阳极液更换及MEC运行，可使载体上吸附的菌群得到不断驯化、分离，产氢菌种最后大量留在电极上，而不易或不能产氢的微生物被淘汰，载体微生物膜的产氢活性逐步提高。经历三至四次操作后，载体上生物膜的产氢菌种类稳定，并已得到可获得的产氢活性，进行平板划线分离即可获得纯种高效产氢菌种。

在本发明的具体实施方案中，提供一种驯化、分离产电微生物的方法，其操作步骤为：

1)微生物电池构建：该电池为带有离子交换膜的双室电池，配制占阳极室容积70％-80％的无菌模拟废水作为阳极液，配制占阴极室容积90％的磷酸缓冲溶液作为阴极液；

2)取北京市亦庄污水处理厂原始污水作为电池阳极室接种菌群，接种量占阳极室容积的15％-25％；

3)电池开始运行。在电池最初运行时期，产电量较低，在此过程中每天向阳极室加入营养液以确保微生物所需营养量。电池运行一定时间后，开始稳定高效产电；

4)当电池产电速率有所下降时，迅速更换阳极液为新鲜无菌阳极液，并通氮气于阳极室以确保阳极室厌氧，电池再次运行迅速高效产电，并且稳定运行；

5)如此反复进行几次阳极液更换及电池运行，可使阳极微生物载体吸附的菌群得到不断选择、驯化，微生物的产电活性逐步提高，至此可获得混合高效产电微生物膜；

6)配制分离培养基对微生物膜上的混合微生物进行几次平板划线分离，可获得纯种产电菌种。

在本发明方法的一个优选具体实施方案中，所述的微生物电池可为微生物燃料电池(microbial fuel cell，简称MFC)也可为微生物电解池(microbial electrolysis cell，简称MEC)，即该方法可应用于MFC及MEC内产电微生物的驯化、分离。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述的双室电池的阳极材料为炭毡，为增加炭毡的微生物吸附量，阳极炭毡制成格子式，并在相对位置打眼以利于反应器内传质过程。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述的双室电池的阴极材料为非浸水性碳纸制成的阴极，表面载有0.25mg/cm²的Pt。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述的双室电池的离子交换膜为Nafion112膜或Nafion115膜。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述的模拟废水经灭菌处理，其成分及浓度范围为：葡萄糖1g/L-10g/L，KCl 0.1g/L-0.8g/L，NH₄Cl 0.1g/L-4g/L，NaH₂PO₄ 1g/L-19g/L，Na₂HPO₄ 2g/L-15g/L，pH＝5.0-8.0。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述接种液也可以是污泥、土壤、工业污水、生活污水等。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述接种液也可以是纯菌种培养物，即该电化学方法也适用于对单一菌种的驯化，从而提高该菌种的电化学活性。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述营养液成分及浓度范围为葡萄糖1g/L-5g/L，维生素C 0.1g/L-1g/L。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，混合微生物电化学驯化、分离获得高效产电菌的技术，其特征在于电池内混合微生物一边接受驯化、选择，电池一边产电及降低阳极液COD值。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，所述的分离培养基成分及其浓度范围为：CH₃COONa 1.0g/L-10g/L，CH₃CH₂COONa 0.1g/L-1.5g/L，NaCl 1.0g/L-7.0g/L，(NH₄)₂SO₄ 0.2g/L-2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.1g/L-0.9g/L，KH₂PO₄ 0.2g/L-1.8g/L，K₂HPO₄ 0.1g/L-1.2g/L，CaCl₂ 20mg/L-100mg/L，MnSO₄ 2mg/L-10mg/L，FeSO₄ 0.7mg/L-5mg/L，酵母膏0.1g/L-0.8g/L，蛋白胨2mg/L-25mg/L，谷氨酸0.1mg/L-1.5mg/L，pH＝5.0-8.0，在该配方中添加10g/L-45g/L琼脂。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，分离获得的高效产电微生物菌种为xin1及其子代。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，分离获得的高效产电微生物菌种为xin2及其子代。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，分离获得的高效产电微生物菌种为xin3及其子代。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，分离获得的高效产电微生物菌种为xin4及其子代。

在另一方面，本发明还涉及使用上述方法的微生物运行微生物电池。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，可以由下列组中的任意两种微生物运行电池，该组包括：xin1及其子代、xin3及其子代、xin4及其子代。

在本发明方法的另一个优选具体实施方案中，可以由下列组中的全部微生物运行电池，该组包括：xin1及其子代、xin3及其子代、xin4及其子代。

本发明与国内外目前应用的混合菌种驯化、分离技术相比具有如下主要优点：

1.易获得高效产电菌种：与传统单一的分离技术，如平板划线分离技术、倾注法分离技术相比，电化学驯化、分离法更易于分离获得产电菌种，且可分离到普通方法难以分离到的产电菌，同时菌种在分离过程中自身产电活性得到驯化，最后可获得高效产电菌种。

2.操作简单，最大限度保留产电菌种的产电活性：通常的混合微生物驯化法需采取多次刮膜操作以选择、优化菌种，但刮膜操作会造成膜电化学活性的损失并延长膜再成熟所需时间，操作周期较长。本文的分离方法是根据MEC产氢情况判断生物膜的成熟，当MEC产氢速率达到恒定最大值时即表示电极上成熟生物膜已形成，这种毋需刮膜的操作不仅可准确判断膜的成熟情况，而且在不破坏生物膜自然成熟的情况下，简单、快捷地实现菌种的分离、优化。

通过本发明的方法，从驯化后得到的产电微生物菌群中分离出6株细菌，分别命名为xin1、xin2、xin3、xin4、xin5、xin6，由北京华大基因公司分别对它们的16SrDNA序列进行PCR扩增和测序。16SrDNA序列的测定结果用BLAST软件与GenBank中已发表的16SrDNA序列进行同源性比较，结果表明xin1和xin2与蜡质芽孢杆菌(Bacillus cereus)，xin3与鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)，xin4与稻草假单胞菌(Pseudomonas straminea)，xin5和xin6与大肠杆菌(Escherichia coli)，序列同源性均达到99％，因此鉴定xin1和xin2属于芽孢杆菌属(Bacillus sp.)，xin3属于不动杆菌属(Acinetobacter sp.)，xin4和xin5属于埃希氏菌属(Escherichia sp.)，xin6属于丛毛单胞菌属(Comamonas sp.)。

实施例一

1.微生物载体形状设计：所选用微生物载体为炭毡(购自北京市三业碳素有限公司)，为增加炭毡的微生物吸附量，阳极炭毡制成格子式，并在相对位置打眼以利于反应器内传质过程。

2.MEC构建(参见图1)：MEC为带有质子交换膜(Nafion112膜，美国杜邦公司)的双室电池；阳极为1中所述炭毡阳极，阴极为载Pt催化剂的非浸水性碳纸，载Pt量为0.25mg/cm²；配制占阳极室容积75％的无菌模拟废水(葡萄糖1.5g/L，KCl 0.15g/L，NH₄Cl 2g/L，NaH₂PO₄ 4.75g/L，Na₂HPO₄ 4.22g/L，pH＝7.0)作为阳极液，配制占阴极室容积90％的磷酸缓冲溶液(NaH₂PO₄ 4.75g/L，Na₂HPO₄ 4.22g/L)作为阴极液。

3.取北京市亦庄污水处理厂原始污水作为MEC阳极室接种菌群，接种量占阳极室容积20％。

4.外加一定辅助电压0.9V后MEC开始运行，在电池运行过程中适当时间加入营养液(葡萄糖1.5g/L，维生素C 0.5g/L)保证电池内微生物所需营养充足，MEC最初运行时期，产氢量较低，运行一定时间后，MEC开始稳定高效产氢，当MEC产氢速率有所下降时，更换阳极液为新鲜无菌阳极液，并通氮气于阳极室以确保阳极室厌氧，MEC再次运行迅速产氢，并且稳定运行。

5.如此反复进行几次阳极液更换及MEC运行，可使炭毡吸附的菌群得到不断选择、驯化，微生物的产氢活性逐步提高，至此可获得混合高效产氢菌群。

6.配制分离培养基(CH₃COONa 1.5/L，CH₃CH₂COONa 1g/L，NaCl3g/L，(NH₄)₂SO₄ 0.9g/L，MgSO₄ ^·7H₂O 0.5g/L，KH₂PO₄ 5g/L，K₂HPO₄4.5g/L，CaCl₂ 20mg/L，MnSO₄ 3mg/L，FeSO₄ 0.7mg/L，酵母膏0.2g/L，蛋白胨8mg/L，谷氨酸0.8mg/L，pH＝7.0，在该配方中添加20g/L琼脂。)进行几次平板划线分离，可获得若干纯种产氢菌种。

从驯化后得到的产电微生物菌群中分离出6株细菌，分别命名为xin1、xin2、xin3、xin4、xin5、xin6，由北京华大基因公司分别对它们的16S rDNA序列进行了PCR扩增和测序。16S rDNA序列(参见附图2至7)的测定结果用BLAST软件与GenBank中已发表的16S rDNA序列进行同源性比较，结果表明xin1和xin2与蜡质芽孢杆菌(Bacillus cereus)，xin3与鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)，xin4与稻草假单胞菌(Pseudomonasstraminea)，xin5和xin6与大肠杆菌(Escherichia coli)，序列同源性均达到99％，因此鉴定xin1和xin2属于芽孢杆菌属(Bacillus sp.)，xin3属于不动杆菌属(Acinetobacter sp.)，xin4和xin5属于埃希氏菌属(Escherichiasp.)，xin6属于丛毛单胞菌属(Comamonas sp.)。

实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin1及其子代，其他与实施例一相同。

实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin3及其子代，其他与实施例一相同。

实施例四：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin4及其子代，其他与实施例一相同。

实施例五：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin5及其子代，其他与实施例一相同。

实施例六：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin1及其子代、xin3及其子代，其他与实施例一相同。

实施例七：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin1及其子代、xin4及其子代，其他与实施例一相同。

实施例八：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin3及其子代、xin4及其子代，其他与实施例一相同。

实施例九：本实施例与实施例一不同的是：步骤2的接种菌为：xin1及其子代、xin3及其子代、xin4及其子代，其他与实施例一相同。

实施例二-九为纯菌种及不同菌种混合后MEC运行情况，由于xin1、xin2及xin5、xin6分别属于一个菌属，所以各取其中之一(xin1、xin5)应用于实验中。纯菌种及不同种类菌种混合后MEC运行情况的总结见表1。

实施例十：本实施例与实施例一不同的是：步骤4的辅助电压为0.5V，其他与实施例一相同。

实施例十一：本实施例与实施例一不同的是：步骤4的辅助电压为0.7V，其他与实施例一相同。

实施例十二：本实施例与实施例一不同的是：步骤4的辅助电压为1.1V，其他与实施例一相同。

实施例一及实施例十-十二的图表为不同外加电压，驯化、分离效果，其总结见表2。

表1^*纯菌种及不同菌种混合后MEC运行情况

^*外加电压：0.9V；产氢量及耗电量为MEC最后一次驯化后的平均值。

由表1可以看出该法驯化、分离获得的菌种xin5为非产电菌，但由于微生物间的协同作用，其他产电微生物分泌的中介体物质被xin5利用以传递电子，所以在最后的驯化、分离中我们得到了菌种xin5。

表2^**不同外加电压，驯化、分离效果

^**接种菌群：北京市亦庄污水处理厂原始污水；产氢量及耗电量为MEC最后一次驯化后的平均值。

Claims (14)

1.一种驯化、分离产电微生物的方法，该方法包括以下步骤：

1)构建微生物电池，所述微生物电池包括阳极室和阴极室，在所述阳极室和阴极室之间装有离子交换膜，在所述阳极室中装有无菌阳极液，在所述阴极室中装有阴极液，其中将含有菌群的样本接种到阳极液中；

2)向所述阳极室中加入促进微生物生长的营养液；

3)在所述阳极室中的阳极和阴极室中的阴极之间施加电压以使电池运行，产电效率逐渐增加至一个最大值并保持稳定；和

4)从所述阳极上获得含有产电微生物的微生物膜，并且从所述微生物膜分离纯种产电微生物。

2.根据权利要求1的方法，所述方法在步骤3)和4)之间还包括以下步骤A：当电池产电效率开始下降时，更换阳极液为新鲜无菌阳极液，并通入氮气于阳极室以确保阳极室厌氧，产电效率再次逐渐增加至一个最大值并保持稳定。

3.根据权利要求2的方法，其中重复步骤A至少一次。

4.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述微生物电池是微生物燃料电池或微生物电解池。

5.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述阳极的材料为炭毡，优选制成格子式。

6.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述阴极的材料为非浸水性碳纸，优选表面载有Pt。

7.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述离子交换膜为Nafion112膜或Nafion115膜。

8.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述无菌阳极液为无菌模拟废水，所述无菌模拟废水的组成如下：葡萄糖1g/L-10g/L，KCl 0.1g/L-0.8g/L，NH₄Cl 0.1g/L-4g/L，NaH₂PO₄1g/L-19g/L，Na₂HPO₄2g/L-15g/L，pH＝5.0-8.0，优选所述无菌阳极液占所述阳极室的容积的70％-80％。

9.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述阴极液为磷酸缓冲溶液，优选所述阴极液占所述阴极室容积的80-95％。

10.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述含有菌群的样本是污泥、土壤、工业污水或生活污水，优选接种量占所述阳极室容积的15％-25％。

11.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述含有菌群的样本是纯菌种培养物。

12.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述营养液的组成为：葡萄糖1g/L-5g/L，维生素C 0.1g/L-1g/L。

13.根据权利要求1-3任一项的方法，其中从所述微生物膜分离纯种产电微生物是如下进行的：配制分离培养基对所述微生物膜上的混合微生物进行几次平板划线分离，可获得纯种产电菌种，所述分离培养基成分及其浓度范围为：CH₃COONa 1.0g/L-10g/L，CH₃CH₂COONa 0.1g/L-1.5g/L，NaCl 1.0g/L-7.0g/L，(NH₄)₂SO₄0.2g/L-2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.1g/L-0.9g/L，KH₂PO₄0.2g/L-1.8g/L，K₂HPO₄0.1g/L-1.2g/L，CaCl₂20mg/L-100mg/L，MnSO₄2mg/L-10mg/L，FeSO₄0.7mg/L-5mg/L，酵母膏0.1g/L-0.8g/L，蛋白胨2mg/L-25mg/L，谷氨酸0.1m g/L-1.5mg/L，pH＝5.0-8.0，在该配方中添加10g/L-45g/L琼脂。

14.根据权利要求1-13中任何一项的方法获得的产电微生物。

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