一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法与流程

1.本发明涉及土壤及地下水污染修复领域，尤其涉及一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法。


背景技术：

2.氯代烃作为一种工业生产中广泛使用的有机溶剂或产品中间体，同时也是土壤和地下水中的常见污染物。常见的氯代烃主要包括四氯乙烯(pce)、三氯乙烯(tce)、二氯乙烯(dce)、氯乙烯(vc)、三氯乙烷(tca)、二氯乙烷(dca)和三氯甲烷(氯仿)等。由于氯代烃的重质非水特征导致了其在土壤中会向下迁移，从而进入地下水中造成土壤和地下水同时污染。石油井、炼油厂和加油站等行业场地土壤石油烃污染严重，土壤中的石油烃在缓慢释放后进入地下水环境中，造成地下水污染。此外，多种污染物同时出现在场地中，造成场地复合有机污染。其中，氯代烃和石油烃作为常见的复合污染类型，出现在电镀、制造业、石油化工以及农药化工行业的场地中，并在地下水中形成dnapl(重质非水相液体)和lnapl(轻质非水相液体)相，二者不同的迁移特性(dnapl和lnapl均不溶于水)导致石化场地地下水污染分布复杂，增加污染修复的难度。
3.热处理技术被广泛应用于有机污染场地土壤和地下水修复中，主要对受污染区域进行加热，使污染物从土壤和地下水中挥发进入气相，同时利用负压诱导或正压产生气流，将吸附态、溶解态或自由相转变为气相的污染物，抽提到地面，然后再进行收集和处理，修复效率高、修复周期短，能够有效去除挥发性有机污染物，但对石油烃等半挥发性有机物去除效果有限，且能耗成本很高。微生物降解作为一种绿色、低成本的生物修复技术，可通过还原脱氯和好氧共代谢降解氯代烃和氯代烃
‑
石油烃复合污染物，但修复周期长、修复效率低。因此，亟需开发一种兼具修复效率高的复合污染物的修复方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法，该方法对氯代烃和石油烃复合污染物的修复效率高。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法，包括以下内容：
7.将复合有机污染场地进行热处理耦合强化微生物修复。
8.优选的，所述复合有机污染场地包括氯代烃和石油烃复合污染场地。
9.优选的，所述热处理耦合强化微生物修复的实施方式包括原位实施或异位实施。
10.优选的，所述热处理耦合强化微生物修复中热处理所用加热系统包括气相抽提。
11.优选的，所述热处理耦合强化微生物修复过程中，复合有机污染场地的目标温度为20～70℃。
12.优选的，所述热处理耦合强化微生物修复所用微生物为土著菌或生物强化菌剂。
13.优选的，在所述热处理耦合强化微生物修复过程中，对所述微生物进行刺激，所述刺激的手段包括热刺激或生物刺激剂刺激。
14.本发明通过热处理耦合强化微生物降解，可以提高微生物的生长活性和污染物的可生物利用性，有利于提高微生物对复合污染物(比如氯代烃和石油烃)的降解速率，促进污染物的微生物降解，从而使得微生物通过共代谢途径在降解氯代烃的同时消耗掉石油烃；此外，热处理有助于污染物(氯代烃和石油烃)加速从土壤和水相中挥发进入气相，能够加速污染物向气相挥发并加快微生物降解速率，从而促进污染物从地下环境的物理去除，具有高修复效率。本发明通过热处理耦合强化微生物降解，能够加快微生物降解速率，加速污染物物理去除，从而达到修复复合有机污染物的目的。实施例的数据表明，本发明的方法三天内即可对氯代烃和石油烃达到优异的去除效果。
15.本发明通过将热处理与微生物降解进行耦合，对模拟地下水中的氯代烃和石油烃进行去除，操作简便，能够有效的去除水中的氯代烃和石油烃，可用于修复有机污染物复合有机污染的地下水，本发明提供的方法经济、有效、绿色，适宜大规模推广应用。
16.相比于常规的微生物降解或热处理技术，本发明的方法可处理较高浓度的污染物，且对微生物不产生毒害作用，又可对污染物在较短周期内达到较高的修复效果。
附图说明
17.图1为20℃条件下实施例1和对比例1～3中污染物去除效果图；
18.图2为35℃条件下实施例2和对比例4～6中污染物去除效果图。
具体实施方式
19.本发明提供了一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法，包括以下内容：
20.将复合有机污染场地进行热处理耦合强化微生物修复。
21.在本发明中，所述复合有机污染场地优选包括氯代烃和石油烃复合污染场地，更优选为复合污染地下水，所述复合污染地下水中氯代烃和石油烃的浓度独立优选为10～10000mg/l；在本发明的实施例中，所述复合有机污染场地优选为模拟地下水。
22.在本发明中，所述热处理耦合强化微生物修复的实施方式优选包括原位实施或异位实施。本发明对所述原位实施或异位实施的方式没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
23.在本发明中，所述热处理耦合强化微生物修复中热处理所用加热系统优选包括气相抽提；本发明对所述气相抽提的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
24.在本发明中，所述热处理耦合强化微生物修复过程中，复合有机污染场地的目标温度优选为20～70℃，更优选为30～60℃。
25.在本发明中，所述热处理耦合强化微生物修复所用微生物优选为土著菌或生物强化菌剂；本发明对所述土著菌的来源没有特殊的限定，根据本领域熟知的方式获取即可。在本发明中，所述生物强化菌剂优选为驯化得到的对有机污染物具有降解能力的功能菌群。本发明对所述生物强化菌剂的具体驯化过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法获取
即可；本发明对所述生物强化菌剂的具体种类没有特殊的限定，本领域熟知的生物强化菌剂即可。
26.在本发明中，在所述热处理耦合强化微生物修复过程中，对所述微生物进行刺激，所述刺激的手段优选包括热刺激或生物刺激剂刺激。本发明对所述热刺激或生物刺激剂刺激的具体过程和所用试剂没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。本发明通过对所述微生物进行热刺激或生物刺激剂刺激，能够提高污染物的传质速率、为微生物代谢提供营养物质、促进微生物的生长活性，从而加快污染物的转化和降解。
27.为了验证本发明所述热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法的效果，本发明优选对模拟污染地下水进行修复，优选包括以下步骤：
28.将模拟地下水和氯代烃
‑
石油烃复合污染物混合，得到氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水；
29.在所述氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水中接种微生物菌液，在加热条件下进行微生物降解和气相抽提，得到处理后地下模拟水。
30.在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
31.本发明将模拟地下水和氯代烃
‑
石油烃复合污染物混合，得到氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水。在本发明中，所述模拟地下水的成分优选包括k2hpo4·
3h2o1.05g
·
l
‑1、nah2po4·
h2o0.25g
·
l
‑1、nh4cl0.49g
·
l
‑1、n(ch2co2na)3·
h2o0.03g
·
l
‑1、dl
‑
c3h5o3na0.112g
·
l
‑1、mgso4·
7h2o0.05g
·
l
‑1、feso4·
7h2o3mg
·
l
‑1、mnso4·
7h2o0.74mg
·
l
‑1、znso4·
7h2o0.74mg
·
l
‑1、cocl2·
6h2o0.25mg
·
l
‑1和维生素b
12
0.05mg
·
l
‑1。
32.在本发明中，所述模拟地下水的制备过程优选为将无机盐培养基进行灭菌处理，得到模拟地下水；本发明对所述灭菌处理的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。在本发明中，所述无机盐培养基的成分与上述模拟地下水的成分相同。在本发明中，所述无机盐培养基的制备过程优选根据现有技术《enhancing aerobic biodegradation of 1,2
‑
dibromoethane in groundwater using ethane or propane and inorganic nutrients[j].journal of contaminant hydrology,2015,172:61
‑
70.》公开的方法进行。
[0033]
在本发明中，完成所述灭菌处理后，优选将所得模拟地下水转移至微生物培养血清瓶中。
[0034]
在本发明中，所述氯代烃
‑
石油烃复合污染物中氯代烃优选包括三氯乙烯，所述石油烃优选包括十六烷；所述氯代烃
‑
石油烃复合污染物中，所述氯代烃和石油烃的浓度独立优选为2000～10000mg/l，更优选为5000mg/l。在本发明中，所述氯代烃
‑
石油烃复合污染物中优选还包括溶剂，所述溶剂优选为甲醇和正己烷；本发明对所述甲醇和正己烷的体积比没有特殊的限定，能够溶解氯代烃和石油烃得到对应浓度的氯代烃和石油烃即可；所述溶剂的用量优选使得氯代烃和石油烃达到上述浓度即可。在本发明中，所述氯代烃
‑
石油烃复合污染物的制备过程优选为将氯代烃溶于甲醇中，得到氯代烃溶液，将石油烃溶于正己烷中，得到石油烃溶液；将所述氯代烃溶液和石油烃溶液按体积比1:1混合，得到氯代烃
‑
石油烃复合污染物。本发明对所述氯代烃溶液和石油烃溶液的浓度没有特殊的限定，能够达到上述浓度的氯代烃
‑
石油烃复合污染物即可。
[0035]
在本发明中，所述氯代烃
‑
石油烃复合污染物与模拟地下水和微生物菌液总体积
的体积比优选为(0.1～0.2):(100～200)，更优选为0.15:100。
[0036]
本发明对所述模拟地下水和氯代烃
‑
石油烃复合污染物混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。
[0037]
得到氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水后，本发明在所述氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水中接种微生物菌液，在不同加热温度条件下进行热处理和微生物降解，得到处理后地下模拟水。在本发明中，所述微生物菌液优选为自行驯化富集得到的氯代烃降解菌液，可高效降解氯代烃；所述微生物菌液的菌种优选包括clostridium_sp._fcb45、methylotrophic_bacterium_rsx3、rhod ocyclales_bacterium_tp139和bacterium_b3c1
‑
6，所述微生物菌液优选根据专利(cn108892246a，公开日2018年11月27日，一种修复氯代烃污染地下水的方法)公开的方法获取即可。
[0038]
在本发明中，所述微生物菌液的接种体积优选为模拟地下水和微生物菌液总体积的5～10％，更优选为6～8％；本发明对所述接种的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
[0039]
在本发明中，所述加热条件优选通过恒温水浴锅实现，即将盛有氯代烃
‑
石油烃复合污染地下水的微生物培养血清瓶置于恒温水浴锅中进行加热；所述加热的温度优选为20～35℃，更优选为25～30℃。
[0040]
在所述加热过程中，本发明同时将微生物培养血清瓶内顶空进行气相抽提，对挥发进入气相的污染物通过抽提去除。在本发明中，所述气相抽提所用设备优选为蠕动泵；本发明对所述蠕动泵的具体型号没有特殊的限定，选用本领域熟知的蠕动泵即可。在本发明中，所述气相抽提的抽提速率优选为500～1000μl/min，更优选为600～800μl/min，抽提频率优选为1h/d。
[0041]
在所述气相抽提过程中，本发明优选将所得抽提尾气进行吸收处理；所述吸收处理所用尾气吸收液优选为甲醇。本发明对抽提尾气进行吸收，有助于推动污染物的挥发平衡右移，能够加速污染物向气相挥发，同时加热有利于对微生物进行热刺激，加快微生物降解速率，从而高效去除水中的氯代烃和石油烃污染物。
[0042]
在本发明中，所述接种微生物菌液进行微生物降解和气相抽提的修复周期优选为1～5d，即每隔1～5d对模拟地下水进行一次微生物降解和气相抽提的修复过程。
[0043]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
[0044]
以下实施例中，所用无机盐培养基的成分为：k2hpo4·
3h2o 1.05g
·
l
‑1、nah2po4·
h2o 0.25g
·
l
‑1、nh4cl 0.49g
·
l
‑1、n(ch2co2na)3·
h2o 0.03g
·
l
‑1、dl
‑
c3h5o3na 0.112g
·
l
‑1、mgso4·
7h2o 0.05g
·
l
‑1、feso4·
7h2o 3mg
·
l
‑1、mnso4·
7h2o 0.74mg
·
l
‑1、znso4·
7h2o 0.74mg
·
l
‑1、cocl2·
6h2o 0.25mg
·
l
‑1和维生素b
12 0.05mg
·
l
‑1；
[0045]
以下实施例中，所用微生物菌液的菌种包括clostridium_sp._fcb45、methylotrophic_bacterium_rsx3、rhodocyclales_bacterium_tp139和bacterium_b3c1
‑
6；
[0046]
所用三氯乙烯
‑
十六烷复合污染物的制备过程为：将136μl三氯乙烯溶于10ml甲醇
中，得到20000mg/l的三氯乙烯母液，再取5ml三氯乙烯母液稀释到10ml，得到10000mg/l三氯乙烯使用液，将130μl十六烷烃溶于10ml正己烷中，得到10000mg/l十六烷使用液；将三氯乙烯使用液和十六烷使用液按体积比1:1进行混合，得到三氯乙烯
‑
十六烷复合污染物。
[0047]
实施例1
[0048]
将90ml无机盐培养基进行灭菌处理，得到模拟地下水；将所述模拟地下水置于120ml微生物培养血清瓶中，在血清瓶中加入0.2ml三氯乙烯
‑
十六烷复合污染物，然后向血清瓶中加入10ml微生物菌液，所得混合液中三氯乙烯和十六烷的初始浓度均为10mg/l；将血清瓶置于20℃水浴锅中，利用蠕动泵在血清瓶顶空进行气相抽提，抽提速率为500μl/min，抽提频率为1h/d，进行热处理耦合微生物降解对地下水的修复，得到修复后模拟地下水。
[0049]
实施例2
[0050]
将90ml无机盐培养基进行灭菌处理，得到模拟地下水；将所述模拟地下水置于120ml微生物培养血清瓶中，在血清瓶中加入0.2ml三氯乙烯
‑
十六烷复合污染物，然后向血清瓶中加入10ml微生物菌液，所得混合液中三氯乙烯和十六烷的浓度均为10mg/l；将血清瓶置于35℃水浴锅中，利用蠕动泵在血清瓶顶空进行气相抽提，抽提速率为500μl/min，抽提频率为1h/d，进行热处理耦合微生物降解对地下水的修复，得到修复后模拟地下水，为热处理耦合微生物降解组。
[0051]
对比例1
[0052]
与实施例1的区别仅在于：未进行气相抽提和接种微生物菌液，为空白对照组(ck)。
[0053]
对比例2
[0054]
与实施例1的区别仅在于：未接种微生物菌液，为热处理组。
[0055]
对比例3
[0056]
与实施例1的区别仅在于：未进行气相抽提，为微生物降解组。
[0057]
对比例4
[0058]
与实施例2的区别仅在于：未进行气相抽提和接种微生物菌液，为空白对照组。
[0059]
对比例5
[0060]
与实施例2的区别仅在于：未接种微生物菌液，为热处理组。
[0061]
对比例6
[0062]
与实施例2的区别仅在于：未进行气相抽提，为微生物降解组。
[0063]
性能测试
[0064]
对实施例1～2和对比例1～6修复过程中，在修复第3天和第5天，利用无菌针管采集水样，利用顶空
‑
气相色谱测定水样品中三氯乙烯的浓度；利用正己烷对血清瓶中的十六烷进行液液萃取，并利用气相色谱测定十六烷浓度，计算相应的三氯乙烯和十六烷的去除率，取三次检测的平均值，所得结果见图1和图2；其中图1为20℃条件下实施例1和对比例1～3中三氯乙烯和十六烷的去除率，图2为35℃条件下实施例2和对比例4～6中三氯乙烯和十六烷的去除率。
[0065]
由图1和图2可知：
[0066]
实施例1中，当加热温度为20℃，微生物菌液的接种体积比为10％，进行气相抽提
(20℃下热处理耦合微生物降解组)，修复时间为3天时，三氯乙烯的去除率为45.09％，十六烷的去除率为49.50％；修复时间为5天时，三氯乙烯的去除率为56.20％，十六烷的去除率为13.11％。
[0067]
对比例1中，当加热温度为20℃，不进行气相抽提处理，且不接种微生物菌液(空白对照组)，修复第3天时，三氯乙烯的去除率为12.33％，十六烷的去除率为9.23％；修复第5天时，三氯乙烯的去除率为33.98％，十六烷的去除率为6.90％。
[0068]
对比例2中，当加热温度为20℃，当未接种微生物菌液(热处理组)，修复时间为3天时，三氯乙烯的去除率为31.33％，十六烷的去除率为18.19％；修复时间为5天时，三氯乙烯的去除率为37.10％，十六烷的去除率为6.43％。
[0069]
对比例3中，当加热温度为20℃，当未进行气相抽提(微生物降解组)，修复第3天时，三氯乙烯的去除率为5.71％，十六烷的去除率为1.42％；未进行气相抽提修复第5天时，三氯乙烯的去除率为35.69％，十六烷的去除率为18.32％。
[0070]
实施例2中，当加热温度为35℃，微生物菌液接种体积比为10％，进行气相抽提(35℃下热处理耦合微生物降解组)，修复时间为3天时，三氯乙烯的去除率为90.47％，十六烷的去除率为98.20％；修复时间为5天时，三氯乙烯的去除率为92.21％，十六烷的去除率为100％。
[0071]
对比例4中，当加热温度为35℃，不接种微生物菌液，且不进行气相抽提处理(空白对照组)，修复3天时，三氯乙烯的去除率为30.84％，十六烷的去除率为11.05％；修复5天时，三氯乙烯的去除率为48.00％，十六烷的去除率为7.75％。
[0072]
对比例5中，当加热温度为35℃，当未接种微生物菌液(热处理组)，修复时间为3天时，三氯乙烯的去除率为45.51％，十六烷的去除率为47.78％；修复时间为5天时，三氯乙烯的去除率为45.30％，十六烷的去除率为44.85％。
[0073]
对比例6中，当加热温度为35℃，当未进行气相抽提(微生物降解组)，修复3天时，三氯乙烯的去除率为70.70％，十六烷的去除率为28.42％；当未进行气相抽提第5天时，三氯乙烯的去除率为85.63％，十六烷的去除率为16.53％。
[0074]
由以上实施例可知，本发明提供了一种热处理耦合强化微生物修复复合有机污染场地的方法，对于模拟地下水中氯代烃和石油烃，热处理耦合微生物修复具有比微生物降解或热处理更好的污染物去除效果，表明耦合技术是一种高效、绿色的修复方法。
[0075]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。