一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯的方法及应用

本发明属于环境微生物修复，具体涉及一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯的方法及应用。

背景技术：

1、四氯乙烯（tetrachloroethylene，pce），分子式为c2cl4，是一种典型的氯代挥发性有机污染物，广泛用于干洗、金属脱脂、电子清洗等行业。由于其化学性质稳定、密度大于水、难生物降解，pce在土壤和地下水中具有极强的持久性和迁移性，已成为全球范围内最常见的污染地下水有机卤化物之一。长期暴露于pce会对人体肝脏、肾脏和神经系统造成损害，并具有潜在的致癌性。美国国家环境保护署（usepa）已将pce列为优先控制污染物。

2、目前，针对pce污染的修复技术主要包括物理抽提、化学氧化、热脱附和生物修复等。物理抽提和热脱附成本高、能耗大，且不适用于深层地下水污染。化学氧化虽可快速降解pce，但氧化剂消耗大，且易产生氯乙酸等毒性副产物，带来二次污染。相比之下，生物还原脱氯技术因其环境友好、可持续性强而受到广泛关注。

3、pce在厌氧条件下可通过还原脱氯逐步降解为三氯乙烯（tce）、二氯乙烯（dce）、氯乙烯（vc），最终转化为无害的乙烯或乙烷。这一过程依赖于脱卤呼吸菌（dehalococcoides属、desulfitobacterium属等），但天然环境中此类菌群丰度低、代谢活性受限，且pce的高毒性抑制微生物生长，导致降解效率低下。譬如，thu1是一种脱硫杆菌（desulfitobacterium sp.），具有良好的还原脱氯能力，尤其对高氯代乙烯如pce和tce具有较高的脱氯活性。然而，thu1在单独培养条件下对pce的降解速率较低，且易受代谢产物抑制。此外，还原脱氯过程需要充足的电子供体和适宜的氧化还原电位，传统生物修复常添加乳酸、氢气或零价铁作为电子供体，但存在电子供体释放不稳定、ph波动大、铁腐蚀产生氢气逸出等问题。

4、近年来，黄铁矿（fes2）因其具有还原性、缓释fe2+和硫化物的能力，成为强化厌氧微生物脱氯的潜在材料。天然黄铁矿可缓慢氧化释放亚铁离子和硫化物，二者可作为电子供体或还原当量，促进脱氯菌的代谢活动。然而，天然黄铁矿比表面积小、表面活性位点少，限制了其生物可利用性。

5、因此，开发一种稳定提供电子供体、微生物活性高且降解充分的pce生物降解方法，具有重要现实意义。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术存在的不足，本发明目的在于，提供一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法及应用，解决传统生物修复降解pce方法中电子供体不足、微生物活性低、降解不彻底等技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法，包括以下步骤：

4、s1、柠檬酸改性黄铁矿材料c-fes2的制备：将处理后的天然黄铁矿加入柠檬酸溶液中，搅拌、过滤、洗涤、干燥，得到柠檬酸改性黄铁矿材料c-fes2；

5、优选地，所述步骤s1中处理后的天然黄铁矿为天然黄铁矿经粉碎、过筛，并取粒径100~200目的颗粒；

6、优选地，所述步骤s1中柠檬酸溶液的浓度为0.1 ~0.3 mol/l；

7、优选地，所述步骤s1中处理后的天然黄铁矿和柠檬酸溶液的固液比（1~5）：10；

8、优选地，所述步骤s1中搅拌条件为室温搅拌12~36 h，洗涤条件为去离子水洗涤至中性，干燥条件为60℃~80℃真空干燥；

9、s2、柠檬酸改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）：向受pce污染的无菌厌氧培养基中加入步骤s1的c-fes2材料，并接种thu1菌液，静置培养进行pce降解。

10、优选地，所述步骤s2中受pce污染的无菌厌氧培养基中加入c-fes2材料的量为0.3~0.8g/l；

11、所述步骤s2中受pce污染的无菌厌氧培养基中thu1的接种量为（3~5）ml/25ml，所述thu1的od500值为 0.1～0.2，更优选为，od500值为 0.15；

12、所述步骤s2中受pce污染的无菌厌氧培养基的ph值为8.5~9.5，初始浓度为1~3mm；

13、所述步骤s2中静置培养的条件为：密闭、黑暗条件，温度为25~35℃，降解时间为3~5天；

14、所述步骤s2的pce降解过程中每隔24时间采集顶空气体，使用gc-fid检测pce浓度。

15、第二方面，本发明提供一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法在含氯有机污染物生物修复中的应用。

16、优选地，所述含氯有机污染物为pce污染地下水或pce污染土壤；

17、优选地，所述生物修复为原位注入修复或异位反应器修复。

18、本发明通过柠檬酸对天然黄铁矿进行改性，有效提高天然黄铁矿的分散性、表面官能团密度和电子传递能力，增强其与微生物的界面相互作用，同时利用改性黄铁矿在厌氧条件下缓释fe2+和硫化物，为脱硫杆菌thu1还原脱氯反应提供电子供体，稳定体系还原环境，强化微生物对pce的脱氯降解能力，实现pce的无害化降解。

19、本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：

20、1、本发明采用柠檬酸改性黄铁矿耦合脱硫杆菌thu1的复合体系，相较于单一微生物体系、天然黄铁矿耦合体系，pce降解效率及脱氯彻底性显著提升，本发明的pce降解率高达98.7%。

21、2、本发明的改性黄铁矿可稳定缓释电子供体，解决传统电子供体释放不稳定、体系ph波动、氢气逸出的问题，降解体系稳定性高。

22、3、本发明工艺条件温和、操作简便、原料成本低，降解过程无毒性副产物生成，无二次污染，适用于地下水和土壤中氯代烃污染的原位或异位修复，具有广阔的工程应用前景。

1.一种改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法，其特征在于，所述步骤s1中处理后的天然黄铁矿为天然黄铁矿经粉碎、过筛，并取粒径100~200目的颗粒；

3.根据权利要求1的改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法，其特征在于，所述步骤s2中受pce污染的无菌厌氧培养基中加入c-fes2材料的量为0.3~0.8g/l；

4.一种权利要求1~3任一项所述的改性黄铁矿强化微生物降解四氯乙烯（pce）的方法在含氯有机污染物生物修复中的应用。

5.根据权利要求4所述应用，其特征在于，所述含氯有机污染物为pce污染地下水或pce污染土壤。

6.根据权利要求4所述应用，其特征在于，所述生物修复为原位注入修复或异位反应器修复。