一种同时治理地下水中汽油与三氯乙烯复合污染的方法

摘要

本发明是一种同时治理地下水中汽油与三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)复合污染的方法，属于环境有机污染物生物处理技术领域。TCE是土壤和地下水中广泛存在的有机污染物，好氧生物降解可将其彻底转化成无毒的终产物，但是TCE好氧降解需要共代谢底物。本发明首次提出以利用汽油为底物，选取真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)作为活性降解菌株，对地下水中TCE的好氧共代谢降解进行了研究。分别优化了共代谢底物、底物与TCE浓度比、无机盐培养基、pH值、盐度等条件，确定了最佳降解条件。当水中TCE的浓度为1mg/L时，调节汽油浓度为10mg/L，pH值为5，降解72h，TCE的降解率可达49％。汽油与三氯乙烯是地下水中常见污染物，本发明为修复同时被汽油和TCE污染的地下水提供了新思路与方法。

权利要求

1.一种同时治理地下水中汽油与三氯乙烯复合污染的方法，其特征在于，选取真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)作为活性降解菌株对汽油和三氯乙烯进行降解；

所述汽油与三氯乙烯的浓度比为10∶1；

所述降解的时间为不低于48h；

所述降解的盐度为0～1.5％；

所述降解的pH值为5。

2.权利要求1所述同时治理地下水中汽油与三氯乙烯复合污染的方法在同时被汽油和三氯乙烯污染的土壤和地下水的修复中应用。

说明书

一种同时治理地下水中汽油与三氯乙烯复合污染的方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境有机污染物生物处理技术领域，具体涉及一株细菌利用汽油作为生长基质，共代谢降解三氯乙烯在污染地下水生物处理和环境污染修复中的应用。技术背景

[0002] 三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)是一种广泛应用的氯代有机溶剂，可用作清洗剂、脱脂剂、萃取剂等；另外，TCE还作为杀虫剂、铁路、汽车、食品加工、纺织、医药和有机化工的原料而广泛应用。随着现代工业的迅速发展，三氯乙烯对环境造成了严重污染，严重影响生态平衡和人类健康。动物实验表明，TCE具有三致效应；流行病学调查表明TCE对人的中枢神经具有强烈的抑制作用。由于TCE的毒害作用，许多国家都已将其列入优先控制污染物黑名单，而且环境标准相当严格。但是由于认识和控制措置的滞后性，土壤和地下水中TCE的污染广泛存在。受TCE污染的土壤和地下水的修复技术主要包括物理方法、化学方法和微生物方法，其中物理方法仅将污染物转移到另外一相，没有将污染物清除；化学方法虽可以彻底分解有机物，但易导致生态环境遭到破坏，如利用零价铁还原可以彻底分解TCE，但是存在着铁格栅容易造成地下水pH值升高，需要长年管理和维护等缺点；微生物方法因其具有处理效率高、费用低、降解彻底和适宜现场处理等特点，一直受到广泛关注。由于氯的取代，TCE的降解主要在厌氧条件下发生，但是厌氧代谢具有降解不完全，产生毒性更大的中间降解产物等缺点。在好氧条件下，TCE必须通过共代谢进行降解。Dalton和Stirling将共代谢定义为：必须在生长基质和其他可转化化合物存在下，微生物对非生长基质的转化。TCE共代谢主要的底物有甲烷、丙烷、戊烷等脂肪族化合物和甲苯、苯酚、苯、甲苯酚等芳香族化合物。汽油是地下水中另外一种常见的污染物，在汽油中，脂肪碳占42-64％，而芳香化合物苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)则可占到10-59％。因此，汽油从理论上可作为TCE的共代谢底物，可达到两种污染物同时去除的目的。将汽油作为TCE共代谢底物的研究尚无报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的是从治理复合污染的理念出发，利用实际环境中经常存在的污染物作为TCE的共代谢基质，可达到同时治理两类污染物，或者以废治废的更高境界，增加技术的实用性。

[0004] 本发明选取真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)作为TCE共代谢降解菌。菌株培养条件：恒温摇床30℃，150r/min，培养17h，测定菌悬液吸光度OD600＝2.580。分别取18mL无机盐培养基、2mL菌悬液、一定体积的共代谢底物(苯、甲苯、苯酚、93#汽油)与TCE的混合标准储备液于43mL样品瓶中，固定TCE最终浓度为1mg/L，调节底物的浓度；迅速旋紧瓶盖，摇匀，同时做空白对照；置于培养箱中，30℃培养若干小时。用注射器刺透样品瓶旋盖的PTFE/硅胶胶垫，将20mL正己烷注入样品瓶中萃取，吸取1.5mL萃取液于进样瓶中，进行气相色谱分析。通过改变共代谢底物、底物与TCE浓度比、无机盐培养基组成、pH值和盐度，确定最佳降解条件。

附图说明

[0005] 图1底物对TCE共代谢降解的影响

[0006] 图2不同浓度汽油共存时TCE共代谢降解动力学

[0007] 图3无机盐培养基对TCE共代谢降解的影响

[0008] 图4盐度对TCE共代谢降解的影响

[0009] 图5 pH值对TCE共代谢降解的影响

具体实施方式

[0010] 下面结合实施对本发明进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

[0011] 实施例：Ralstonia eutropha对TCE共代谢降解的优化条件研究

[0012] 分别选取不同浓度(10、50、100、500和1000mg/L)的苯、甲苯、苯酚、93#汽油作为共代谢底物，调节底物与TCE的浓度比，优化不同无机盐培养基、pH值和盐度，测定TCE降解残留率。

[0013] 由图1可见，当共代谢底物为汽油时，TCE的降解效果明显优于共代谢底物为苯、甲苯、苯酚时的情况，TCE的残留率最低。

[0014] 以苯、甲苯、苯酚为共代谢底物时，TCE的最大降解率发生在底物浓度为500mg/L；而以汽油为共代谢底物时，TCE的最大降解率发生在底物浓度为10mg/L。这是因为，在降解过程中，相对于单一底物而言，汽油中丰富的组分诱导微生物产生了多种多样的非特异性酶，而这些酶对TCE的降解起到了积极的作用，故在TCE浓度一定的条件下，汽油的最佳浓度低于其它底物的最佳浓度。

[0015] 根据上述研究结果，降低汽油浓度至1、5、10、50、100mg/L，每个浓度下分别降解2-96h，其他条件同上，测定TCE降解动力学。由图2可知，当降解时间达到48h后，TCE的降解率趋于稳定。

[0016] TCE共代谢降解过程中，汽油的最佳浓度随着降解时间而改变，即24h之前，低浓度汽油含量的体系TCE降解率高；24h之后，中等浓度汽油含量的体系TCE降解率高。这是因为，在实验的初始阶段，微生物不能对环境有很好的适应，汽油浓度较低的体系环境较为温和，较高的汽油浓度对微生物有一定的毒性作用；随着时间的推移，微生物的对汽油的适应能力也在逐渐增强，同时中等浓度的汽油还能更好的为微生物提供碳源和能源，故更有利于微生物的生长和TCE的降解；而高浓度的汽油毒性较高，微生物短期之内不能适应此环境，故TCE的降解率最低。

[0017] 分别选取七种不同组分配比的无机盐培养基，降解72h，测定TCE降解残留率。如图3所示，七种无机盐培养基对TCE共代谢降解率的影响无显著性差异。这是因为，加入的2mL菌悬液的基质为牛肉膏蛋白胨培养基，其中含有丰富的无机盐组分，使得体系最终无机盐组成趋于一致，掩盖了不同无机盐培养基中不同营养物质比例对微生物生长的影响。其中7号培养基(组成成分见表1)的降解效果略好于其它六种，故选此培养基为本实验所用。

[0018] 表1无机盐培养基组分

[0019]

[0020] 分别向无机盐培养基中加入不同质量的NaCl，使得体系中NaCl的质量浓度分别至0-3.5％，降解72h，测定TCE降解残留率。图4表明，随着盐度的增大，TCE的残留率增高，即降解率降低。这说明高盐度并不利于微生物对TCE的共代谢降解，培养基中的盐分足以供微生物很好的生长代谢，故本实验除配制基础无机盐培养基以提供微生物正常生长所需盐分外，不再额外添加NaCl以增加培养基的盐度。

[0021] 分别用HCl和NaOH溶液调节各个无机盐培养基的pH值至1-14，降解72h，测定TCE降解残留率。图5表明，在中性偏酸性(pH＝5)的环境体系中，微生物对TCE的共代谢降解效果最好。这是由于真养产碱杆菌其生长过程中会释放碱性物质，导致环境pH值升高。碱性并不利于细菌的生长，而中性偏酸性的环境恰恰可以中和微生物自身产生的碱性物质，有利于菌种的生长代谢以及TCE的共代谢降解。

[0022] 综上所述，本发明选取真养产碱杆菌单一菌株作为降解菌，93#汽油作为底物，共代谢降解三氯乙烯取得了良好的结果。当环境中TCE的浓度为1mg/L时，调节汽油浓度为10mg/L，pH值为5，降解72h，TCE的降解率可达49％。本发明创造性的将汽油作为共代谢TCE的底物，同时降解两类环境污染物，适用于同时被汽油和TCE污染的土壤和地下水的修复。