CN103333823A - 一种修复多卤代烃污染土壤菌剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种修复多卤代烃污染土壤菌剂的制备方法及其应用，属于环境工程土壤修复技术领域。其特征是通过剩余污泥裂解液制备和培养基质优化，制备含有醌还原兼性厌氧菌Shewanella sp.和多卤代烃脱卤产物兼性好氧降解菌的菌剂，并用于修复多卤代烃污染土壤。本发明效果和益处是菌剂制备原材料来源广泛，制备工艺简单，用于土壤修复时不存在二次污染，可以有效地克服多卤代烃污染土壤生物强化修复中运行成本偏高，限制其大规模应用这一技术瓶径，在多氯有机物、多溴芳烃以及多氟有机物污染土壤的修复中具有广阔的应用前景。

Description

一种修复多卤代烃污染土壤菌剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于环境工程土壤修复技术领域，涉及一种修复多卤代烃污染土壤菌剂的制备方法及其应用。
背景技术
大部分多卤代烃,如多氯有机物，溴代阻燃剂，全氟有机物等作为一类典型的持久性有机污染物，大多具有“三致”效应，能干扰人体的内分泌系统，并且在全球范围的各种环境介质以及生物体中广泛存在，已经引起人们的广泛关注。它们易在生物体和土壤/沉积物的有机质中积累, 不易自然降解, 对环境造成持久性污染。因此，对多卤代烃污染环境的修复具有重要理论和应用价值。土壤是多卤代烃主要的“汇”，而且多卤代烃疏水性很强，易吸附于土壤颗粒上，这进一步制约了污染土壤中多卤代烃的降解。
目前，多卤代烃污染土壤的修复技术主要有物理、化学和生物法。对于物理修复技术（如热解法），其成本高，对土壤生态破坏性大。在化学法（如表面活性剂淋洗）修复中，添加表面活性剂虽然可提高污染环境中疏水性多卤代烃的溶解性，但人工合成的表面活性剂成本高，且对土壤生物有毒性，对环境造成二次污染，不适于原位修复。由于生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染，环境相容性好等优点，因此，生物法是多卤代烃污染土壤的首选修复技术。其中，生物强化修复工艺（投加菌剂以及营养盐等）是修复多卤代烃污染土壤的最有效方法之一。
在目前的生物强化修复工艺中，其存在的主要问题是：工艺实施过程中使用的共代谢基质，营养物质，生物表面活性剂以及生物菌剂的成本均较高（尤其是生物菌剂和生物表面活性剂），严重限制了生物强化技术在污染土壤修复中的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是针对多卤代烃污染土壤生物强化修复中运行成本偏高，限制了其在土壤修复中大规模应用这一技术瓶径，为修复多卤代烃污染土壤提供一种高效菌剂的制备方法及其应用。
本发明的技术解决方案是采用剩余污泥裂解液作为微生物生长和代谢基质，在优化条件下，分别培养醌还原兼性厌氧菌Shewanella sp.和多卤代烃脱卤产物兼性好氧降解菌，两种培养物混合后制成菌剂，然后施于多卤代烃污染土壤，在缺氧-好氧条件下进行土壤修复。该菌剂中的多种有机物可作为多卤代烃及其脱卤产物的共代谢基质；制剂中的腐植酸同时具有表面活性剂特性和氧化还原介体特性，既可提高吸附态多卤代烃的生物可利用性，又可催化强化多卤代烃的生物转化，从而大幅度提高污染土壤的生物修复效率。
具体步骤如下：
步骤1. 剩余污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为20-40g/L，初始pH控制在10.0-13.0，裂解温度控制在80-120℃, 裂解时间控制在0.5-5小时，将上述得到的污泥裂解液在4000-8000 r/min离心15-30分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物。
步骤2. 培养基质优化
将步骤1得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至1.0-3.0，静置18-24小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养。
步骤3. 菌剂制备
首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella sp.接种至步骤2得到的优化的培养基质，菌体浓度为105-107个/mL，25-35℃好氧培养24-48小时；然后将多卤代烃脱卤产物兼性好氧降解菌接种至上述培养基质，菌体浓度为105-107个/mL，25-35℃好氧培养24-48小时；最后将上述两种培养物按体积比1:1混合后，制成土壤修复菌剂。
将上述的土壤修复菌剂用于多卤代烃污染土壤的修复，二者质量比为1～3:1 ，先在缺氧条件下修复土壤4-10天，再在好氧条件下修复土壤6-15天。
本发明的效果和益处是：
（1）菌剂制备原材料来源广泛，制备工艺简单，成本低。
（2）该菌剂中无病原微生物，重金属含量低，用于土壤修复时不存在二次污染。
（3）可以有效地克服多卤代烃污染土壤生物强化修复中运行成本偏高，限制其大规模应用这一技术瓶径。
（4）为剩余污泥资源化和减量化提供新途径。
附图说明
附图是本发明提供的菌剂修复四溴双酚A污染土壤的曲线图。
图中：纵坐标表示四溴双酚A浓度，单位为μg/g土壤；
横坐标表示时间，单位为天。
—◆—代表菌剂；—■—代表自来水对照。
图表明该菌剂修复四溴双酚A污染土壤14天后，四溴双酚A去除率可达到90.5 %，比对照提高3.3倍。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于下述实施例。
实施例1
[1]剩余污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为30g/L，初始pH控制在11，裂解温度控制在120℃, 裂解时间控制在0.5小时，将上述得到的污泥裂解液在4000r/min离心30分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物。
[2]培养基质优化
将步骤[1]得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至2.0，静置18小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养。
[3]菌剂制备
首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella oneidensis MR-1(ATCC 700550)接种至上述培养基质，菌体浓度为106个/mL，30℃好氧培养30小时；然后将四溴双酚A脱溴产物兼性好氧降解菌Sphingomonas xenophaga QYY(CGMCC 1172)接种至上述培养基质，菌体浓度为106个/mL，30℃好氧培养30小时；最后将上述两类培养物按体积比1:1混合后，制成液体菌剂。
[4]菌剂修复四溴双酚A污染土壤
将步骤[3]得到的菌剂加入四溴双酚A污染土壤中，二者质量比为1:1，四溴双酚A浓度为60μg/g土壤，先在缺氧条件下修复土壤7天，再在好氧条件下修复土壤7天。
实施例2
[1]剩余污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为30g/L，初始pH控制在11，裂解温度控制在90℃, 裂解时间控制在2小时，将上述得到的污泥裂解液在6000r/min离心20分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物。
[2]培养基质优化
将步骤[1]得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至2.0，静置24小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养。
[3]菌剂制备
首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella putrefaciens (1A02627)接种至上述培养基质，菌体浓度为5×106个/mL，30℃好氧培养30小时；然后将四溴双酚A脱溴产物兼性好氧降解菌Sphingomonas xenophagaQYY(CGMCC 1172)接种至上述培养基质，菌体浓度为8×106个/mL，28℃好氧培养36小时；最后将上述两类培养物按体积比1:1混合后，制成液体菌剂。
[4]菌剂修复四溴双酚A污染土壤
将步骤[3]得到的菌剂加入四溴双酚A污染土壤中，二者质量比为2:1，四溴双酚A浓度为60μg/g土壤，先在缺氧条件下修复土壤6天，再在好氧条件下修复土壤6天。
实施例3
[1]剩余污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为30g/L，初始pH控制在12，裂解温度控制在115℃, 裂解时间控制在1小时，将上述得到的污泥裂解液在4000r/min离心30分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物。
[2]培养基质优化
将步骤[1]得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至2.0，静置18小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养。
[3]菌剂制备
首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella oneidensis MR-1(ATCC 700550)接种至上述培养基质，菌体浓度为8×105个/mL，30℃好氧培养30小时；然后将五氯酚脱氯产物兼性好氧降解菌Sphingobium chlorophenolicum (ATCC 39723)接种至上述培养基质，菌体浓度为5×106个/mL，28℃好氧培养36小时；最后将上述两类培养物按体积比1:1混合后，制成液体菌剂。
[4]菌剂修复五氯酚污染土壤
将步骤[3]得到的菌剂加入五氯酚污染土壤中，二者质量比为1:1，五氯酚浓度为40μg/g土壤，先在缺氧条件下修复土壤6天，再在好氧条件下修复土壤7天。
实施例4
[1]剩余污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为35g/L，初始pH控制在12，裂解温度控制在90℃, 裂解时间控制在2小时，将上述得到的污泥裂解液在6000r/min离心20分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物。
[2]培养基质优化
将步骤[1]得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至2.0，静置20小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养。
[3]菌剂制备
首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella oneidensis MR-1(ATCC 700550)接种至上述培养基质，菌体浓度为107个/mL，30℃好氧培养30小时；然后将五氯酚脱氯产物兼性好氧降解菌Sphingobium chlorophenolicum (ATCC 39723)接种至上述培养基质，菌体浓度为8×106个/mL，28℃好氧培养36小时；最后将上述两类培养物按体积比1:1混合后，制成液体菌剂。
[4]菌剂修复五氯酚污染土壤
将步骤[3]得到的菌剂加入五氯酚污染土壤中，二者质量比为2:1，五氯酚浓度为40μg/g土壤，先在缺氧条件下修复土壤5天，再在好氧条件下修复土壤6天。

Claims (2)

1.一种修复多卤代烃污染土壤菌剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）剩余污泥裂解液制备：取城市污水处理厂剩余污泥，调节其浓度为20-40g/L，初始pH控制在10.0-13.0，裂解温度控制在80-120℃,裂解时间控制在0.5-5小时，将上述得到的污泥裂解液在4000-8000r/min离心15-30分钟，收集污泥裂解上清液，并回收沉淀物；
（2）培养基质优化：将步骤（1）得到的污泥裂解上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至1.0-3.0，静置18-24小时，沉淀物回收，剩余的上清液与另一部分污泥裂解上清液混合后得到优化的培养基质用于降解菌培养；
（3）菌剂制备：首先将醌还原兼性厌氧菌Shewanella sp.接种至步骤（2）得到的优化的培养基质，菌体浓度为105-107个/mL，25-35℃好氧培养24-48小时；然后将多卤代烃脱卤产物兼性好氧降解菌接种至上述培养基质，菌体浓度为105-107个/mL，25-35℃好氧培养24-48小时；最后将上述两种培养物按体积比1:1混合后，制成土壤修复菌剂。
2.权利要求1所述的制备方法制备修复多卤代烃污染土壤菌剂的应用，其特征在于，将土壤修复菌剂用于多卤代烃污染土壤的修复，二者质量比为1～3:1 ，先在缺氧条件下修复土壤4-10天，再在好氧条件下修复土壤6-15天。
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