CN105817476A - 一种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，在含有多氯联苯的土壤或沉积物中加入营养液、共代谢碳源，形成泥水体积比为1：(2～3)的均匀泥水混合培养液，在厌氧条件下反应一年以上，每月加入电子供体；所述共代谢碳源为PCB61，或五氯硝基苯，或4,4’‑二溴苯。本发明的方法绿色环保，大大提高了多氯联苯的降解率。

Description

一种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法

技术领域

本发明涉及土壤或沉积物修复技术领域，特别涉及一种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法。

背景技术

多氯联苯(polychlorinated biphenyls，简称PCBs)是一种人工合成具有半挥发性、持久性和持久性等特点的有机氯化合物，包括209种同系物。PCBs的疏水性和低水溶性使其容易吸附在土壤、沉积物和淤泥中PCBs一旦被排入环境中，就会长期存在，并富集在生物体内。1929年到1978年PCBs被大量生产及广泛使用，主要用于变压器、液压油、染料、油墨和其他工业产品，几亿公斤的PCBs被排放到环境中。虽然目前多氯联苯在美国已不再生产，但其产品如电力变压器等仍在广泛使用。多氯联苯在环境中广泛存在，在空气、土壤和生物体内都有检测到多氯联苯。多氯联苯在空气中的背景值范围为1～100μg/g，而土壤中的背景值为100～1000μg/g。多氯联苯在环境中的分布具有流动性，受多种因素影响。大气中的多氯联苯主要以低氯联苯为主，如PCB11在城市空气中的浓度约占PCBs总量的15％，但只有约0.16％是来自电子产品。已有报道发现PCB11的主要来源是油漆，是色素生产的副产品。在偶氮和酞菁的颜料中发现50多种多氯联苯，并且浓度高达200ng/g。PCBs污染的严重性主要是因为PCB无处不在，广泛存在于土壤、大气、水体及生物体内；PCBs具有免疫学毒性、神经毒性、致畸、致突变和致癌性，对人类健康危害极大。研究表明，PCB的半衰期在水中大于2个月，在土壤和沉积物中大于6个月，在人体和动物体内则从1年到20年。PCBs一旦进入环境就会长时间地存在，难以降解，受PCBs污染的水和土壤也很难得到恢复。

PCBs在工业上的广泛应用，对环境和人类健康产生了严重威胁，因此PCBs的治理技术日益引起全球的重视。从PCBs的分子结构来看，联苯上的Cl是钝化的邻对位定位基，同时具吸电子诱导效应和推电子共轭效应。PCBs的毒性主要在于联苯上的Cl原子，因此破坏C-Cl键，使得联苯上的氯逐步脱除，能够削减毒性、增加溶解度，加快化学反应速度。很多研究发现在自然条件下的沉积物中，厌氧微生物能够促进多氯联苯的降解，降低其毒性。

由于多氯联苯的污染多发生在土壤/沉积物中，虽然已开发出多氯联苯的高温焚烧法、热能解吸法、催化加氢法、高级氧化法、表面活性剂洗脱法等修复方法，但只有微生物技术可以实现原位污染修复。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种降解土壤或沉积物中的多氯联苯的强化方法，绿色环保，大大提高了多氯联苯的降解率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，在含有多氯联苯的土壤或沉积物中加入营养液、共代谢碳源，形成泥水体积比为1：(2～3)的均匀泥水混合培养液，在厌氧条件下反应2年以上，每月加入电子供体；

所述共代谢碳源为PCB61，或五氯硝基苯，或4,4’-二溴苯。

所述共代谢碳源的加入量为：每千克泥水混合培养液加入100～500mg共代谢碳源。

所述营养液每升中含有：NaHCO₃，1.4～1.8g；NH₄Cl，2.5～3.0g；MgCl₂·6H₂O，0.05～0.15g；CaCl₂·2H₂O，0.05～0.15g；FeC1₂·4H₂O，0.01～0.03g；K₂HPO₄，0.25～0.30g；KH₂PO₄，0.30～0.40g；酵母提取物，1.5～2.5g；0.38～0.39mg柠檬酸钛；维生素溶液，4.5～5.5ml，微量元素0.5～1.5ml。

所述维生素溶液每升中含有：生物素，0.05～0.15mg；富里酸，0.05～0.15mg；维生素B2，0.20～0.30mg；维生素B5，0.4～0.6mg；维生素B6，0.4～0.6mg；维生素B12，0.04～0.06mg；盐酸硫胺素，0.20～0.30mg；烟酸，0.20～0.30mg；泛酸钙，0.20～0.30mg；氨基苯酸，0.20～0.30mg；硫辛酸，0.20～0.30mg；1,4-萘醌，0.15～0.25mg；血晶质，0.04～0.06mg。

所述的微量元素溶液每升中含有：CoCl₂·6H₂O 0.05～0.15mg，MnCl₂·4H₂O0.420～0.430mg，ZnCl₂ 0.04～0.06mg，NiCl₂·6H₂O 0.01～0.02mg，CuSO₄·5H₂O0.010～0.020mg，Na₂MoO₄·2H₂O 0.01～0.02mg，Na₂SeO₄·2H₂O 0.01～0.02mg。

所述电子供体每月加入一次，每次的加入量为：每升泥水混合培养液中加入5～15ml；

所述电子供体的组成为：乳酸钠，2.5～3.5mM，甲酸钠，3.5～4.5mM，丙酮酸钠，2.5～3.5mM。

本发明的原理如下：

多氯联苯的生物降解依靠的是微生物分泌的各种酶参与的生物化学转化。微生物的数量、降解酶的多少都会影响酶促反应的快慢。当事先加入一些与多氯联苯结构类似但更简单的有机物时，一方面可以促进微生物的增殖，另一方面可能会诱导微生物分泌出多氯联苯的降解酶，这样会大大加快多氯联苯的降解。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明采用具有与PCBs结构相似的共代谢碳源投加的方式，来强化土壤/沉积物中多氯联苯污染的生物修复过程，强化条件下的降解率比不添加结构类似物碳源的样品得到很大的提高。

(2)本发明采用PCB61(2,3,4,5-四氯联苯)强化降解后，多氯联苯的降解率由不添加时的18.5％可提高至44.7％，提高142％。

(3)本发明采用五氯硝基苯强化降解后，多氯联苯的降解率由不添加时的18.5％可提高至49.8％，提高了169％。

(4)本发明采用4,4’-二溴苯强化降解后，多氯联苯的降解率由不添加时的18.5％可提高至47.2％，提高了155％。

附图说明

图1为本发明的实施例1的PCB61参与下的土壤中的多氯联苯的厌氧生物降解曲线图。

图2为本发明的实施例2的五氯硝基苯参与下的土壤中多氯联苯的厌氧生物降解曲线图。

图3为本发明的实施例3的4,4’-二溴苯参与下的土壤中多氯联苯的厌氧生物降解曲线图。

图4为本发明的实施例4的4,4’-二溴苯参与下的土壤中多氯联苯的厌氧生物降解曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的PCB61参与下的土壤中的多氯联苯的降解强化方法，具体为：

取适量受PCBs污染的土壤样品加入血清瓶中，在其中加入营养液、PCB61，形成泥水体积比为1:2.5的均匀泥水混合培养液；连续吹氮气3分钟造成厌氧状态，用带聚四氟乙烯垫片的铝箔盖将其密封。每升培养液每月补加电子供体10mL。完成对多氯联苯污染土壤/沉积物生物修复的强化过程。

其中PCB61的加入量为：每千克泥水混合培养液加入100mg。

本实施例中，所述营养液每升中含有：NaHCO₃，1.68g；NH₄Cl，2.7g；MgCl₂·6H₂O，0.1g；CaCl_2·2H₂O，0.1g；FeC1₂·4H₂O，0.02g；K₂HPO₄，0.27g；KH₂PO₄，0.35g；酵母提取物，2.0g；0.385mg柠檬酸钛；维生素溶液5.0ml，微量元素1ml。

所述维生素溶液每升中含有：生物素，0.1mg；富里酸，0.1mg；维生素B2，0.25mg；维生素B5，0.5mg；维生素B6，0.5mg；维生素B12，0.05mg；盐酸硫胺素，0.25mg；烟酸，0.25mg；泛酸钙，0.25mg；氨基苯酸，0.25mg；硫辛酸，0.25mg；1,4-萘醌，0.2mg；血晶质，0.05mg。

所述的微量元素的组成为：CoCl₂·6H₂O 0.1mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.425mg/L，ZnCl₂ 0.05mg/L，NiCl₂·6H₂O 0.01mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.015mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O 0.01mg/L，Na₂SeO₄·2H₂O 0.01mg/L。

所述电子供体的组成为：乳酸钠，2.5～3.5mM，甲酸钠，3.5～4.5mM，丙酮酸钠，2.5～3.5mM。

定期取得泥水混合液，经萃取后测定多氯联苯的浓度，计算降解率，具体过程如下：

用5mL无菌注射器在厌氧条件下吸取3mL泥水混合物，先置于培养皿中自然风干，再进行冷冻干燥，转移至15mL的透明玻璃萃取小瓶中并称重。加入12mL正己烷/丙酮溶液(体积比为1:1)，用四维旋转混合器旋转振荡过夜，然后超声25min，离心15min，重复3次，并将三次萃取液收集于鸡心瓶。将合并的萃取液，在40℃下旋转蒸发至<1mL，加入4滴管正己烷，再旋蒸至<1mL，以去除丙酮。经净化、淋洗后再旋蒸后，取1mL左右溶液于气相进样瓶中，GCMS检测多氯联苯的含量。

本实施例的样品与未添加PCB61的样品进行比较，结果如图1所示。图中“原样品”为未添加非离子表面活性剂的样品，“灭菌控制”为在121℃下连续灭菌3次后的样品，以消除样品中已有微生物的影响，“加入PCB61”为添加了PCB61的样品。

由图1可以看出，添加了PCB61的样品，在反应开始的一年内，几个样品的变化不显著，从第20个月开始其中的多氯联苯的含量比对照样品下降的更快，说明PCB61的加入促进了降解。由于PCB138为2,2,3,4,4,5-六氯联苯，结构复杂、生物可利用性差。而环境中结构与其相似的类似物存在，可以为降解的微生物提供更易降解的碳源，促进脱氯微生物的增长、繁殖，亦可诱导相关降解酶系的合成，从而加快PCB138的降解，因此表现为PCBs的降解率比不添加的样品提高了142％。

实施例2

本实施例的五氯硝基苯参与下的土壤中多氯联苯的降解强化方法，除每千克泥水混合培养液加入100mg五氯硝基苯外，其他特征与实施例1同。

定期取样，萃取泥水混合液中的PCBs，计算降解率，结果如图2所示。由图2可以看出，在反应开始的一年内，几个样品的变化不显著，在一年后尤其是在18个月后，添加了五氯硝基苯的样品开始比空白对照样品中PCBs的含量明显降低，说明促进了PCB的降解。

实施例3

本实施例的4,4’-二溴苯参与下的土壤中多氯联苯的降解强化方法，除每千克泥水混合培养液加入100mg 4,4’-二溴苯外，其余特征与实施例1同。

定期取样，萃取泥水混合液中的PCBs，计算降解率，结果如图3所示。由图3可以看出，在反应开始的20个月内，几个样品的变化不显著，添加了4,4’-二溴苯的样品在2年后开始比空白对照样品中PCBs的含量明显降低，说明促进了PCB的降解。

实施例4

本实施例的4,4’-二溴苯参与下的土壤中多氯联苯的降解强化方法，除每千克泥水混合培养液加入470mg 4,4’-二溴苯外，其余特征与实施例1同。

定期取样，萃取泥水混合液中的PCBs，计算降解率，结果如图4所示。由图3可以看出，在反应开始的20个月内，几个样品的变化不显著，添加了4,4’-二溴苯的样品在2年后开始比空白对照样品中PCBs的含量有所降低，说明促进了PCB的降解。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，在含有多氯联苯的土壤或沉积物中加入营养液、共代谢碳源，形成泥水体积比为1:(2～3)的均匀泥水混合培养液，在厌氧条件下反应2年以上，每月加入电子供体；

所述共代谢碳源为PCB61，或五氯硝基苯，或4,4’-二溴苯。

2.根据权利要求1所述的土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，所述共代谢碳源的加入量为：每千克泥水混合培养液加入100～500mg共代谢碳源。

3.根据权利要求1所述的土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，所述营养液每升中含有：NaHCO₃，1.4～1.8g；NH₄Cl，2.5～3.0g；MgCl₂·6H₂O，0.05～0.15g；CaCl₂·2H₂O，0.05～0.15g；FeC1₂·4H₂O，0.01～0.03g；K₂HPO₄，0.25～0.30g；KH₂PO₄，0.30～0.40g；酵母提取物，1.5～2.5g；0.38～0.39mg柠檬酸钛；维生素溶液，4.5～5.5ml，微量元素0.5～1.5ml。

4.根据权利要求3所述的土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，所述维生素溶液每升中含有：生物素，0.05～0.15mg；富里酸，0.05～0.15mg；维生素B2，0.20～0.30mg；维生素B5，0.4～0.6mg；维生素B6，0.4～0.6mg；维生素B12，0.04～0.06mg；盐酸硫胺素，0.20～0.30mg；烟酸，0.20～0.30mg；泛酸钙，0.20～0.30mg；氨基苯酸，0.20～0.30mg；硫辛酸，0.20～0.30mg；1,4-萘醌，0.15～0.25mg；血晶质，0.04～0.06mg。

5.根据权利要求3所述的土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，所述的微量元素溶液每升中含有：CoCl₂·6H₂O 0.05～0.15mg，MnCl₂·4H₂O 0.420～0.430mg，ZnCl₂ 0.04～0.06mg，NiCl₂·6H₂O 0.01～0.02mg，CuSO₄·5H₂O 0.010～0.020mg，Na₂MoO₄·2H₂O 0.01～0.02mg，Na₂SeO₄·2H₂O0.01～0.02mg。

6.根据权利要求1所述的土壤或沉积物中的多氯联苯的降解强化方法，其特征在于，所述电子供体每月加入一次，每次的加入量为：每升泥水混合培养液中加入5～15ml；

所述电子供体的组成为：乳酸钠，2.5～3.5mM，甲酸钠，3.5～4.5mM，丙酮酸钠，2.5～3.5mM。