CN110756573A - 一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其是涉及一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法。本发明的目的是为了解决现有蠕虫修复技术效率不高的技术问题，本发明施加阴离子表面活性剂鼠李糖脂或非离子表面活性剂吐温‑80，有效地促进了土壤多环芳烃的增溶，提高其生物有效性，进而显著提高蚓际微生物的降解效率，同时促进蚯蚓对多环芳烃吸收和蓄积，最终提高多环芳烃的修复效率。

Description

一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法
技术领域
本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其是涉及一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存最重要的自然资源之一，然而工业革命以来，土壤受到污染并日益严重。多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是指两个以上苯环连在一起的化合物，总数有数千种，而以列入美国EPA优先控制名录的可能具有“三致”效应的16种尤其为人关注。PAHs主要来源于煤、石油等有机物不完全燃烧，是重要的环境和食品污染物。在我国，PAHs是土壤污染中最为严重的疏水性有机污染物之一，根据2014年环保部公布的《全国土壤污染状况调查公报》的结果，PAHs污染点位超标率达1.4％，说明我国的土壤PAHs污染严重。因此去除土壤中的多环芳烃，恢复土壤的生态功能，保障人体健康，是当前国内外土壤和环境领域共同关注的技术问题之一，但迄今为止，还没有发展出一种经济有效的修复土壤多环芳烃污染的方法。
传统的多环芳烃污染土壤的修复方法大致主要有物理修复和化学修复，但这两种修复手段由于对土壤生态功能扰动很大，成本较高，而且容易造成二次污染等缺点不能大规模应用于实践。近年来兴起的生物修复手段则一定程度上克服这些缺点而引起环境学家的广泛关注。其中蠕虫修复是区别于微生物和植物修复的一种新的生物修复方法。所谓蠕虫修复(vermiremediation)，即是指应用蚯蚓直接或辅助去除土壤中污染物的过程，是一种新发展出的技术。其机制或者是通过直接吸收、转化作用来修复有机污染土壤，可以称之为蠕虫吸收，蓄积/萃取(vermiuptake,vermiaccumulation/vermiextraction)，或者是通过粘液分泌氨基酸等小分子化合物或改善土壤通气状况，刺激土壤微生物的生长和活性，间接促进土壤有机污染物的吸收降解。虽然研究证实蚯蚓具有修复多环芳烃污染土壤的潜力，但类似于微生物修复和植物修复技术，蚯蚓修复效果通常受到土壤中污染物生物有效性和生物生存状态的限制。而采取相对应的强化措施，则是蚯蚓修复走向实际应用的关键。
表面活性剂由于其特殊的结构和性质，在土壤有机污染化学修复、与生物修复中具有很好的应用潜力，表面活性剂增效生物修复技术(surfactant-enhancedbioremediation technology)是疏水性有机污染土壤生物修复过程中通常采取的措施。该技术在PAHs污染土壤的微生物和植物修复过程中的作用已得到证实，相应的作用机制也得到了充分的研究。然而表面活性剂用于增效蠕虫修复多环芳烃污染土壤的研究鲜见报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有蠕虫修复技术效率不高的缺陷，提供一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加表面活性剂溶液，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至50％～70％，活化10～20天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种蠕虫，并对接种的蠕虫按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的蠕虫田间管理15～30天后，将蠕虫从多环芳烃污染表层土壤中驱赶出，转移后集中处理，并检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
进一步，所述步骤1中表面活性剂溶液为吐温-80或鼠李糖酯。
再进一步，所述吐温-80的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加10-200mg；所述鼠李糖酯的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加20-100mg。
更进一步，所述步骤2中在活化过程中向土壤表面喷施吐温-80或鼠李糖酯水溶液的量每平方米为10mg/L×20L。
更进一步，所述步骤3中在多环芳烃污染表层土壤中接种的蠕虫为带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓。
更进一步，所述多环芳烃污染表层土壤中接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓的密度为0.9～1.5kg/m2。
更进一步，所述步骤4中对接种蠕虫的田间管理包括翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害。
更进一步，所述步骤4中将蠕虫从多环芳烃污染表层土壤中驱赶(取)出的方法包括化学驱避法、光驱避法、饵料诱捕法、电击法中的任意一种或几种方法相结合的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明施加阴离子表面活性剂鼠李糖脂或非离子表面活性剂吐温-80，有效地促进了土壤多环芳烃的增溶，提高其生物有效性，进而显著提高蚓际微生物的降解效率，同时促进蚯蚓对多环芳烃吸收和蓄积，最终提高多环芳烃的修复效率。
2.本发明不会对周围环境造成二次污染，工艺简单，成本低，适用于多环芳烃污染土壤的原位修复。
3.本发明在增效蠕虫修复多环芳烃污染土壤的同时也改善土壤质量，提高土壤的可持续利用能力。
附图说明
图1为本发明中表面活性剂对蠕虫修复体系中多环芳烃荧蒽残留的影响；
图2为本发明中表面活性剂对蠕虫蓄积多环芳烃荧蒽的影响；
图3为本发明中表面活性剂吐温-80和鼠李糖酯对土壤中多环芳烃形态分布的影响；
图4为本发明中表面活性剂吐温-80对蚯蚓抗氧化防御体系的影响。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
多环芳烃污染土壤的制备：将荧蒽的丙酮溶液添加到100g土壤中，黑暗处通风静置过夜后与400g无污染物土混匀，使荧蒽的终浓度达到100mg/kg(25℃)50mg/kg和100mg/kg。设置如下处理，如表1所示：
表1实验设置表
Figure BDA0002227068990000051
称取500g装于大烧杯中，调节土壤含水量为田间持水量的50％后平衡7天；将大约20g的成年蚯蚓(约40条)放入烧杯中，于15天破坏性采样。挑出蚯蚓后，监测土壤中污染物荧蒽的浓度，形态分布，蚯蚓体中荧蒽蓄积量和蚯蚓体中抗氧化防御体系，评价修复效果和蚯蚓生存状态。结果分别见图1-4。图1显示相比仅添加蚯蚓的50E和100E处理组，添加表面活性剂吐温80和鼠李糖酯的处理组中荧蒽残留浓度均显著下降，降幅分别为43.6-189.2％(图1A)和14.7-45.6％(图1B)。图2显示添加表面活性剂吐温80和鼠李糖酯的处理组中蚯蚓对荧蒽的蓄积显著高于仅添加蚯蚓的5E和100E处理组，增幅分别为35-64.1％(图2A)和34.5-44.2％(图2B)。图3显示，添加表面活性剂改变了土壤中荧蒽的分布，其中吐温80使易解吸态荧蒽的比例从28.7％提高到35％(图3A)，难解吸的荧蒽的比例从67.5％降低到51％，而鼠李糖脂处理组中易解吸态亦从28.7％提高到40％(图3B)。关于表面活性剂对蚯蚓生存状态的影响，由于鼠李糖酯对蚯蚓抗氧化酶均未产生显著性影响，故图4仅展示了吐温80对蚯蚓抗氧化防御系统的影响。在生理和生化水平上，与鼠李糖脂不同，吐温-80对蚯蚓抗氧化酶活性显示出一定的诱导作用(图4SOD，超氧化物歧化酶；CAT，过氧化氢酶；POD，过氧化物酶)，说明蚯蚓体内的活性氧含量提高，暗示了蚯蚓遭受到一定的生物毒性。然而,吐温-80对蚯蚓的丙二醛(MDA)含量没有显著影响(图4MDA)，说明蚯蚓抗氧化酶系统能够及时清除体内过量的活性氧，使其未遭受明显的抗氧化损伤。尽管在该过程中没有对实质性影响蚯蚓存活，但仍应注意在土壤污染生物修复中使用吐温-80以确保土壤生态系统的潜在风险是可接受的。
实施例1
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加吐温-80溶液，所述吐温-80溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加10mg,翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至50％，向土壤表面喷施每平方米为10mg/L×20L的吐温-80水溶液，活化10天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种密度为0.9kg/m2的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓，并对接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害，15天后，将带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓从多环芳烃污染表层土壤中通过化学驱避法(如0.2％的福尔马林、15ml/L的芥末悬液或15ml/L的家用清洁液等)驱赶出，转移后集中处理，并采用《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ805-2016)规定的方法检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
实施例2
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加鼠李糖酯溶液，所述鼠李糖酯溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加20mg，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至70％，向土壤表面喷施每平方米为10mg/L×20L的鼠李糖酯水溶液，活化20天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种密度为1.5kg/m2的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓，并对接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害，30天后，将带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓从多环芳烃污染表层土壤中通过光驱避法驱赶出，转移后集中处理，并采用《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ 805-2016)规定的方法检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
实施例3
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加吐温-80溶液，所述吐温-80溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加200mg，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至50％～70％，向土壤表面喷施每平方米为10mg/L×20L的吐温-80水溶液，活化10～20天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种密度为0.9～1.5kg/m2的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓，并对接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害，15～30天后，将带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓从多环芳烃污染表层土壤中通过饵料诱捕法(如腐熟的牛粪，香蕉皮，厨房的下脚料)驱赶出，转移后集中处理，并采用《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ 805-2016)规定的方法检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
实施例4
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加鼠李糖酯溶液，所述鼠李糖酯溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加20-100mg，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至70％，向土壤表面喷施每平方米为10mg/L×20L的鼠李糖酯水溶液，活化20天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种密度为0.9～1.5kg/m2的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓，并对接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害，30天后，将带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓从多环芳烃污染表层土壤中通过电击法驱赶出，转移后集中处理，并采用《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ 805-2016)规定的方法检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
实施例5
一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加鼠李糖酯溶液，所述鼠李糖酯溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加50mg，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至60％，向土壤表面喷施每平方米为10mg/L×20L的鼠李糖酯水溶液，活化15天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种密度为1.2kg/m2的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓，并对接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害，20天后，将带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓从多环芳烃污染表层土壤中通过化学驱避法和光驱避法相结合的方法驱赶出，转移后集中处理，并采用《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ 805-2016)规定的方法检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：包括有以下步骤：
步骤1.向多环芳烃污染表层土壤中添加表面活性剂溶液，翻耕均匀；
步骤2.调节步骤1中多环芳烃污染表层土壤的田间持水量至50％～70％，活化10～20天；
步骤3.在步骤2中活化后的多环芳烃污染表层土壤中接种蠕虫，并对接种的蠕虫按照常规的方法进行田间管理；
步骤4.将步骤3中的蠕虫田间管理15～30天后，将蠕虫从多环芳烃污染表层土壤中驱赶出，转移后集中处理，并检测多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量；
步骤5.循环步骤1～4，直到多环芳烃污染表层土壤中多环芳烃含量达到修复目标值。
2.根据权利要求1所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述步骤1中表面活性剂溶液为吐温-80或鼠李糖酯。
3.根据权利要求2所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述吐温-80溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加10-200mg；所述鼠李糖酯溶液的投加量为每1kg多环芳烃污染表层土壤投加20-100mg。
4.根据权利要求1所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述步骤2中在活化过程中向土壤表面喷施吐温-80或鼠李糖酯水溶液的量每平方米为10mg/L×20L。
5.根据权利要求1所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述步骤3中在多环芳烃污染表层土壤中接种的蠕虫为带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓。
6.根据权利要求5所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述多环芳烃污染表层土壤中接种的带有生殖环节的成年赤子爱蚯蚓的密度为0.9～1.5kg/m2。
7.根据权利要求1所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述步骤4中对接种蠕虫的田间管理包括翻动土壤以便于通风透气，调水，施用蚓食，防止敌害。
8.根据权利要求1所述的一种多环芳烃污染土壤的蠕虫修复增效方法，其特征在于：所述步骤4中将蠕虫从多环芳烃污染表层土壤中驱赶出的方法包括化学驱避法、光驱避法、饵料诱捕法、电击法中的任意一种或几种方法相结合的方法。
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