CN109365518A - 一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法。该方法首先对受PCBs污染场地进行脱卤菌筛查，获取土著微生物群落信息，选择拥有土著脱卤菌的场地；然后在厌氧条件下，将PCE投入含有土著脱卤菌的PCBs污染场地，同时向修复系统内添加有机物作为缓释碳源及电子供体。该方法通过原位向含有土著脱卤菌的PCBs污染场地投加四氯乙烯（PCE），使污染场地中原有的PCBs脱卤菌快速富集，从而实现对PCBs高效脱卤生成二氯乙烯（DCE），DCE刺激原位环境中DCE脱氯菌的生长，进一步将DCE完全脱氯至乙烯，实现环境中PCE的完全脱氯和去除，从而达到PCBs脱氯修复的强化并消除潜在的二次污染问题，适合于大面积推广。

Description

一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法

技术领域

本发明属于污染物修复技术领域。更具体地，涉及一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法。

背景技术

多氯联苯(PCBs)是一类于20世纪20年代开始人工合成的有机物，是由联苯苯环上的氢原子由氯所取代而形成的一类氯代有机物，有209种同系物。在工业上广泛使用的PCBs混合物Aroclor1260主要由六氯及七氯代PCBs组成。由于PCBs具有良好热力学与化学稳定性，因此，PCBs广泛作为绝缘材料及溶剂等产品被大量生产、应用到工、农业中。在过去几十年，PCBs大量应用于电器制造。其中，我国广东省贵屿和清远地区，是两处电子及电器垃圾严重污染地区，目前我国尚未对底泥中PCBs浓度作出标准规定，根据底泥中化合物对生物负面影响发生率的研究统计标准，贵屿地区底泥中PCBs浓度分别是低度负面生物影响和中度负面生物影响的33倍和4倍。由于PCBs高脂溶性、低水溶性的特点，PCBs易在使用过程中进入环境，在土壤、地下水及湿地底泥等厌、缺氧环境中形成大量累积，并通过食物链在生物体内富集。并且，PCBs对位、间位氯会产生类二噁英毒性，对人体造成内分泌干扰、肝损伤、神经毒性及可能的致癌作用。因此PCBs已被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》首批控制禁用污染物名单，属于持久性有机污染物。

PCBs等卤代有机污染物主要以5卤及以上高卤代物大量应用在工业上，由于不适当排放或泄露等原因，大量释放至环境，造成严重的环境污染。这些PCBs污染物很难直接通过氧化过程进行降解，而须通过厌氧还原脱卤过程产生低卤代物再进一步由后续好氧氧化过程进行完全矿化。厌氧还原脱卤主要发生在无氧环境中，通过脱卤及氢代这两个反应过程组成，卤代有机物作为电子受体由氢逐步取代卤族元素。

目前，PCBs污染土壤与地下水修复方法主要有物理修复、化学修复和微生物修复。厌氧微生物脱卤过程由于不产生二次污染、成本较低、相对物理、化学脱卤方法具有较高环境友好性等优点，成为目前环境PCBs污染最具潜力的原位修复方法之一。厌氧还原脱卤菌能将5氯以上的PCBs还原为低氯代PCBs。已有众多脱卤特效菌及其脱卤还原酶基因得到鉴定。在微生物还原脱卤过程中，严格厌氧脱卤菌利用功能酶将电子从H₂或其它有机物（电子供体）通过电子呼吸链传递到卤代有机物（电子受体）上，并从中获得能量进行生长。其中，Dehalococcoides能对众多类型卤代有机污染物进行脱卤。因此，Dehalococcoides在卤代有机物污染修复应用上具有广泛前景。然而，PCBs还原脱卤是个缓慢过程，其脱卤周期往往长达数月甚至数年。

为了刺激PCBs脱卤菌的生长，一种有效的策略是添加其他有机卤代物作为替代卤代物。在以往的实验中已证实，包括不同PCB的同系物，多溴联苯(PBB)的同系物，卤代苯甲酸脂，苯甲腈，硝基苯，苯甲酰胺可作为替代卤代物来促进脱卤菌的生长及加快PCBs的脱卤。然而，由于上述的替代卤代物在脱卤过程中无法实现完全无害化，从而引发二次污染。所以我们需要找到一种既能提高PCBs脱卤效率又可以被完全无害化，不引入二次污染的替代卤代物来刺激相关脱卤菌的生长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有多氯联苯修复技术的不足和微生物脱卤技术存在的修复周期长、不彻底、引入二次污染等缺陷和问题，提供一种利用微生物强化技术在厌氧条件下实现对环境中不同多氯联苯污染体系进行高效还原脱卤的原位修复方法，是一种高效PCBs污染微生物原位修复方法，通过原位添加PCE作为脱卤呼吸菌的共代谢底物，在实现PCBs脱卤菌的快速富集从而对高氯代PCBs快速、高效还原脱卤的同时，又不引入二次污染，从而提高PCBs修复效率，解决了以往PCBs微生物修复处理周期长等问题，适用于厌氧环境。该方法具有操作简单、高效、环保、修复成本低的优点。

本发明的目的是提供一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法，包括如下步骤：

S1.对受PCBs污染场地进行脱卤菌筛查，获取该污染场地的土著微生物群落信息，选择拥有土著脱卤菌的场地；

S2.在厌氧条件下，将PCE投入含有土著脱卤菌的PCBs污染场地，同时向修复系统内添加有机物作为缓释碳源及电子供体。

其中，优选地，步骤S1中所述土著脱卤菌为产乙烯脱卤拟球菌(Dehalococcoidesspp.)。

优选地，步骤S2中添加的PCE量与污染物PCBs的量比为30～35：1。

更优选地，步骤S2中添加的PCE量与污染物PCBs的量比为33：1。

优选地，步骤S2中添加的有机物为乳酸盐或葡萄糖。

优选地，步骤S1中所述PCBs的具体种类为PCBs常见混合物，如Aroclor 1260。

本发明的方案是基于申请人团队大量的研究和探索获得。在严格厌氧条件下，我们发现PCBs污染场地通常含有低丰度的脱卤菌。通过提取受PCBs污染土地的DNA样品及后续的高通量测序，我们可以判断该污染场地是否存在土著脱卤菌群（如：Dehalococcoides）适用于PCBs原位脱卤。在拥有土著脱卤菌的PCBs污染场地，经过前期筛查实验，我们证实四氯乙烯（PCE）可作为替代卤代物实现土著PCBs脱卤菌的高效富集，从而实现PCBs的高效脱氯；同时土著脱卤菌可将添加的PCE脱氯至二氯乙烯（DCE），并进一步刺激原位脱卤菌生长最终将DCE转化为无毒的乙烯。在污染场地中，原有以PCBs作为底物的Dehalococcoides脱卤菌相对丰度极低，无法实现对PCBs污染物的有效修复，因此，根据我们的研究结果，向PCBs污染场地投入优化浓度的PCE作为替代卤代底物，可快速富集原有具有PCBs脱卤活性的Dehalococcoides，从而实现PCBs污染的高效原位修复。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种利用微生物强化方法在厌氧条件下对环境中多氯联苯（PCBs）污染进行还原脱卤的原位生物修复方法，通过投加脱卤呼吸菌的共代谢底物，实现对高氯代PCBs进行快速、高效还原脱卤，解决了以往PCBs微生物修复处理周期长的问题。该方法具有以下显著的优势：

（1）通过添加的PCE能够快速富集PCBs脱卤菌，将PCBs脱卤周期缩短至几周。

（2）通过添加PCE可实现PCE与PCBs的同时高效脱卤。

（3）通过添加PCE快速富集的PCBs脱卤菌可将副产物DCE完全脱卤至乙烯，解决了二次污染问题。

（4）方法简单，易于操作，使用PCE与PCBs同代谢脱卤酶解决了传统微生物修复技术周期长的缺陷，并且对环境无二次污染，适合于大面积推广。

附图说明

图1为Aroclor 1260中PCBs同系物浓度分布；

图2为PCBs污染场地原有脱卤菌脱卤作用后Aroclor 1260浓度分布；

图3为向PCBs污染场地投入0.2mM PCE后Aroclor 1260浓度分布；

图4为污染场地中投入0.2mM PCE后PCBs脱卤菌对PCE还原脱卤动力学；

图5为污染场地中投入0.2mM PCE后PCBs脱卤菌对PCB还原脱卤动力学；

图6为 PCE与PCB180在相同脱卤酶作用下同时脱卤动力学；

图7为PCE与污染物PCBs的量比优化。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

在前期调研中，选中含有土著PCB脱卤菌的地表水沉积物模拟环境。

按本发明方法步骤进行如下操作：在厌氧条件下，将0.2mM PCE加入含有PCBs混合物Aroclor 1260或PCB单体PCB180污染的环境中，环境中的污染物PCBs浓度为1mg/L。如图1、2、3、5所示。在这个过程中，高氯代PCBs可快速被还原为低氯代PCBs。同时添加的PCE为污染场地中原有脱卤菌代谢提供能量，并被还原为DCE（如图4）。生成的DCE随后被原位富集的其它脱卤菌进一步还原脱卤为乙烯（如图4）。

实验证明，PCE与PCBs在脱卤酶的作用下实现高效同时脱卤（如图6）。

实施例2

方法同实施例1，以PCE的添加量与污染物PCBs的量比为单因素变量，在污染物PCBs为1mg/L的前提条件下，将不同浓度的PCE加入污染体系中，进行筛选优化实验。

结果如图7所示：当PCE的浓度小于0.2mM的情况下，PCBs的降解效率有所增强。所以我们选用的PCE：PCB （浓度）=33：1来实施后续实验。

实施例3 使用案例

1、处理方法

S1. 对受PCBs污染场地进行调研、脱卤菌筛查，获取该污染场地的土著微生物群落信息，选择相应拥有土著脱卤菌（产乙烯脱卤拟球菌，Dehalococcoidesspp.）的场地，即选择适合本方法的污染体系，实施以下步骤；

S2. 测定污染场地污染物PCBs的浓度范围，然后在厌氧条件下，将PCE投入含有土著脱卤菌的PCBs污染场地，PCE的添加量与污染物PCBs的量比为33：1；同时向修复系统内添加有机物（乳酸盐或葡萄糖）作为缓释碳源及电子供体；

2、实施上述投加PCE操作后，监测污染场地的脱卤菌含量、以及污染物的含量，结果表明，污染场地原有土著PCBs脱卤菌被快速富集，从而对PCBs进行高效脱卤；而且当PCBs脱卤菌将PCE还原为DCE后，在原位场地的其它脱卤菌又最终将DCE完全脱卤还原为乙烯。

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上述实施例的限制，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)

1.一种针对多氯联苯环境污染的原位修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.对受PCBs污染场地进行脱卤菌筛查，获取该污染场地的土著微生物群落信息，选择拥有土著脱卤菌的场地；

S2.在厌氧条件下，将PCE投入含有土著脱卤菌的PCBs污染场地，同时向修复系统内添加有机物作为缓释碳源及电子供体。

2.根据权利要求1上述的方法，其特征在于，步骤S1中所述土著脱卤菌为产乙烯脱卤拟球菌(Dehalococcoidesspp.)。

3.根据权利要求1上述的方法，其特征在于，步骤S2中添加的PCE量与污染物PCBs的量比为30～35：1。

4.根据权利要求3上述的方法，其特征在于，步骤S2中添加的PCE量与污染物PCBs的量比为33：1。

5.根据权利要求1上述的方法，其特征在于，步骤S2中添加的有机物为乳酸盐或葡萄糖。

6.根据权利要求1上述的方法，其特征在于，步骤S1中所述PCBs的具体种类为Aroclor1260。