CN115041519B - 一种联合强化微生物顺序厌氧-好氧高效降解土壤PAHs和DDTs复合污染的方法 - Google Patents

Abstract

一种联合强化微生物顺序厌氧‑好氧高效降解土壤PAHs和DDTs复合污染的方法，涉及复合污染土壤中PAHs与DDTs同时高效降解。该方法综合生物表面活性剂鼠李糖脂（RL）对土壤中有机污染物的增溶作用，纳米零价铁（nZVI）的还原性能与电子穿梭体介导胞外电子传递功能刺激土著微生物生长与活性，促进土壤PAHs厌氧还原作用，以及自我筛选的高效降解菌对复合污染土壤中DDTs和PAHs的高效降解作用，通过厌氧‑好氧联合作用实现复合污染土壤中DDTs与PAHs高效降解。本发明RL、nZVI和蒽醌‑2,6‑二磺酸（AQDS）联合强化微生物厌氧‑好氧降解复合污染土壤PAHs与DDTs的方法，不仅PAHs和DDTs降解率高，HMW‑PAHs和pp’‑DDT降解率更高，同时避免pp’‑DDE代谢物产生与积累，且具有成本低、安全、无二次污染等独特优点，应用前景广阔。

Description

一种联合强化微生物顺序厌氧-好氧高效降解土壤PAHs和 DDTs复合污染的方法

技术领域

本发明涉及一种土壤PAHs和DDTs复合污染微生物厌氧-好氧修复方法，特别涉及一种鼠李糖脂(RL)、纳米零价铁(nZVI)和蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)联合强化顺序厌氧-好氧高效降解复合污染土壤PAHs和DDTs的方法。

背景技术

我国土地资源短缺、人口众多，人均土地面积0.54公顷，仅为世界人均值的29％；人均耕地面积不足1.35亩，仅为世界平均水平的40％左右。快速的经济发展和城市化进程，以及农药、化肥的长期不当使用，导致我国土壤PAHs和DDTs污染普遍存在且日趋严重。土壤中PAHs、DDTs和石油烃污染物具有土壤持久性、难降解性、生物毒性和三致效应，不但破坏土壤生态环境、降低农作物产量和质量，还会通过食物链富集对人体产生危害，进而影响和制约土地资源的可持续开发利用。目前，农田土壤有机复合污染和有机重污染场地的修复是我国、乃至全球关注的重点环境问题，土壤有机污染微生物修复以其低成本、有效、环境友好特点作为一种绿色修复技术得到广泛的应用研究。但土壤PAHs和DDTs微生物修复研究多为好氧微生物降解或厌氧微生物降解及其相关的强化技术研究，且相关技术对土壤PAHs和DDTs的降解率相对较低，特别是毒性、难降解性大的HMW-PAHs更低，以及易形成pp’-DDE的土壤积累。而RL、nZVI和AQDS联合强化顺序厌氧-好氧微生物降解土壤PAHs和DDTs的研究鲜见。鼠李糖脂(RL)毒性低、可有效提高土壤疏水有机物溶解度和生物有效性，强化土壤PAHs和DDTs微生物降解；纳米零价铁(nZVI)还原性强，可为PAHs和DDTs厌氧降解提供适宜的还原生态位，同时为降解微生物群落提供电子，刺激土壤微生物活性，促进PAHs厌氧开环和DDTs还原脱氯；蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)作为电子穿梭体可介导胞外电子加速向细胞内传递，刺激土著微生物生长与活性，加速土壤PAHs和DDTs厌氧还原。因此，研究RL、nZVI与AQDS联合强化微生物厌氧-好氧处理对土壤PAHs、HMW-PAHs和DDTs、pp’-DDT降解效影响，研发经济、高效、安全的土壤PAHs和DDTs降解技术，对土壤PAHs和DDTs复合污染治理、提高土壤生态安全，实现土地资源的持续利用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物高效降解复合污染土壤PAHs和DDTs的联合强化顺序厌氧-好氧处理方法。该方法联合应用RL对土壤疏水有机污染物增溶洗脱作用提高土壤PAHs和DDTs的溶解性和生物有效性；应用nZVI的强还原性为土壤PAHs和DDTs厌氧还原提供适宜生态位和应用AQDS的电子穿梭体作用加速电子传递、刺激土壤降解菌活性，强化土壤PAHs厌氧开环和DDTs还原脱氯，并以此为基础顺序添加PAHs和DDTs高效降解菌，通过好氧生物放大降解，提高复合污染土壤PAHs、HMW-PAHs和DDTs、pp’-DDT的修复效率，避免毒性较大的中间代谢产物pp’-DDE的产生与积累。

本发明的目的通过以下技术方案加以实现：

一种联合强化微生物顺序厌氧-好氧高效降解复合污染土壤PAHs和DDTs的方法，所述方法包括以下过程：

将PAHs和DDTs复合污染土壤于阴凉通风处风干、混匀后过2mm筛，按四分法缩分取样、测试污染土壤的理化性质与PAHs和DDTs。定量称取一定量的PAHs和DDTs复合污染土壤于已灭菌的可密封培养瓶中，并分别按照RL(W)：污染土(W)＝1:2000、nZVI(W):污染土(W)＝1:100和AQDS(mmol):污染土(g)＝1：5000的比例定量添加RL、nZVI和AQDS于灭菌培养瓶中。然后向瓶中填充超纯去离子水至培养瓶顶部以确保浸水条件，并将培养瓶移置于密闭厌氧环境进行抽真空至培养瓶内外为无氧状态时用已灭菌的特氟龙涂层丁基橡胶瓶塞和压接密封将瓶子密封、移至避光厌氧培养60天。然后取出土壤、冷冻干燥，一半用于测定土壤Eh、pH和PAHs和DDTs；另一半冻干土移至培养烧杯中，并按降解菌(V，ml)：冻干土(W，g)＝1:5的比例加入Rhodococcus rhodochrous，混匀后再添加超纯去离子水至土壤保持含水率约60％时转入恒温恒湿培养箱中进行好氧降解，30d后将样品冻干用于测定土壤Eh、pH和PAHs和DDTs。所使用Rhodococcus rhodochrous菌液浓度为1.0×10⁹CFU·mL^-1。

本发明的优点与效果是：

本发明所采用的RL、nZVI和AQDS联合强化微生物顺序厌氧-好氧降解复合污染土壤PAHs和DDTs的方法，能充分利用RL的增溶作用提高土壤PAHs和DDTs生物有效性，利用nZVI强还原性提供更好的还原生态位和利用AQDS的电子穿梭体功能加速铁的生物还原及其为微生物生长提供电子、刺激微生物降解活性等作用协同强化土壤PAHs厌氧开环和DDTs还原脱氯，并在此基础上添加高效降解菌强化PAHs和DDTs好氧修复，进而实现高效去除土壤PAHs和DDTs的目的。与同类研究对比，该方法能同时高效去除土壤PAHs、HMW-PAHs和DDTs、pp’-DDT(PAHs和HMW-PAHs降解率分别为72.81％和79.47％，DDTs和pp’-DDT降解率分别为72.25％和97.32％)，且避免毒性和难降解性更大的中间代谢产物PP’-DDE的产生和积累，具有成本低、去除率高、安全简便、无二次污染特点。

附图说明

图1为RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧-好氧处理90d土壤DDTs和PAHs组分残留量。

图2分RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧处理60d土壤DDTs和PAHs组分残留量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

图1中RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧-好氧处理PAHs和HMW-PAHs降解率分别为72.81％和79.47％，比空白处理(CK)土壤的PAHs和HMW-PAHs降解率分别提高了70.22％和69.97％。RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧-好氧处理DDTs和pp’-DDT降解率分别为72.25％和97.32％，比空白处理(CK)土壤的DDTs和pp’-DDT降解率分别提高了65.37％和85.26％。图2中RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧处理PAHs和HMW-PAHs降解率分别为45.09％和56.36％，占顺序厌氧-好氧处理90d土壤PAHs和HMW-PAHs降解率的61.93％和70.92％。RL-nZVI-AQDS联合强化厌氧-好氧处理DDTs和pp’-DDT降解率分别为58.93％和93.89％，占顺序厌氧-好氧处理90d土壤DDTs和pp’-DDT的降解率的81.56％和96.48％。

Claims (1)

1.一种鼠李糖脂(RL)、纳米零价铁(nZVI)和蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)联合强化顺序厌氧-好氧高效降解土壤PAHs和DDTs的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：

首先将10g PAHs和DDTs复合污染土壤装入已灭菌的50m L血清瓶中，同时加入0.005mg鼠李糖脂、0.1g纳米零价铁和0.002mmol电子穿梭体，并向瓶中填充超纯去离子水至瓶顶部以确保浸水条件；将培养瓶放置于厌氧手套箱，并在手套箱密闭的情况下进行真空抽气至真空表指针下降并稳定在0.1MPa时，再向箱体内缓缓充入氮气；再重复3次上述抽真空与充氮气过程，然后向手套箱内持续通氮气12h，最后用已灭菌的特氟龙涂层丁基橡胶瓶塞和压接密封将培养瓶密封，并将其移出厌氧手套箱进行避光培养；60d后将避光培养的土壤取出并进行冻干，其中一半样品用于测定PAHs和DDTs，另外一半样品转移至10ml小烧杯中，同时添加1ml 1.0×10⁹CFU·mL^-1Rhodococcus rhodochrous降解菌摇匀，再添加超纯去离子水至土壤保持含水率60％时转入恒温恒湿培养箱中进行好氧降解，30d后将样品冻干用于测定PAHs和DDTs。