一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用，包括步骤构建传感器网络，通过集成传感器获取土壤数据，投放多环芳烃降解微生物和制造降解微生物适宜的生长环境，对土壤数据进行预处理，得到分类数据集，根据分类数据集输出多环芳烃降解微生物的修复效能，根据修复效能调整土壤环境以提高多环芳烃降解微生物的分解效率。达到了自动持续监测多环芳烃降解微生物的效果，间接地检测土壤中的多环芳烃的污染。的污染。的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用


[0001]本专利技术涉及土壤修复
，具体涉及一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用。

技术介绍

[0002]在下面的背景讨论中，参考了某些结构和/或方法。然而，下面的参考不应被解释为承认这些结构和/或方法构成了现有技术。申请人明确保留证明这种结构和/或方法不作为现有技术的权利。
[0003]多环芳烃PAHs是一类含有两个或两个以上苯环或杂环以线状、角状或者簇状排列的中性或非极性有机化合物，存在烟草烟雾、汽车尾气、石化产品、以及不完全燃烧的煤炭、木材、油等有机化合物中。一般认为多环芳烃主要是由石油、煤炭、木材、气体燃料、纸张等含碳氢化合物的不完全燃烧以及在还原气氛中热分解而产生的，环境中也会自然产生多环芳烃，比如火山爆发，森林植被和灌木丛燃烧以及细菌对动物、植物的生化作用等，但人类活动特别是化石燃料的燃烧是环境多环芳烃的主要来源。
[0004]土壤中的多环芳烃主要因为污水灌溉，大气中的气溶胶PAHs也在增加。多环芳烃PAHs在土壤中可以通过挥发作用、非生物丢失(如水解、淋溶)作用和生物降解作用去除，主要依赖生物降解，挥发作用的效果微乎其微，非生物丢失只对二、三环的PAHs有潜在意义。
[0005]生物修复技术(bioremediation)是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术,多环芳烃的生物修复与其他清洁技术如焚烧、填埋等相比较,具有二次污染少、价格低等优点,已成为现场去除多环芳烃的重要途径。
[0006]微生物(细菌，真菌)降解PAHs的机理是把氧加入到多环芳烃的环上，形成C
‑
O键，再经过加氢、脱水等作用而使C
‑
C键断裂，苯环数减少。中间代谢物包括：二元醇，酚，环氧化物等，最终降解污染物到完全无害的水和二氧化碳。好氧生物降解目前普遍应用于处理PAHs。作用机理是是细胞产生加氧酶(单、双)，进行催化定位氧化反应。真菌产生单加氧酶，加氧原子到苯环上，
[0007]形成环氧化物，然后预水反应产生反式二醇和酚。细菌产生双加氧酶，加双氧原子到苯环上，形成过氧化物，然后氧化为顺式二醇，之后脱氢产生酚。普遍的中间产物是：邻苯二酚，2，5
‑
二羟基苯甲酸，3，4
‑
二羟基苯甲酸。邻苯二酚是普遍的中间产物，具体的化合物依赖于羟基组的位置。代谢物经过五种相似的途径降解：环碳键断裂，丁二酸，反丁烯二酸，丙酮酸，乙酸或乙醛，最终能被微生物利用合成细胞蛋白，最后产物是二氧化碳和水。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于基于传感器网络提出一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0009]为实现上述技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0010]一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用，所述方法包括以下步骤：
[0011]步骤1，构建传感器网络，通过传感器网络获取土壤数据；
[0012]步骤2，投放多环芳烃降解微生物和制造降解微生物适宜的生长环境；
[0013]步骤3，对土壤数据进行预处理，得到分类数据集；
[0014]步骤4，根据分类数据集输出多环芳烃降解微生物的修复效果。
[0015]进一步地，步骤1中，构建传感器网络，通过集成传感器获取土壤数据的子步骤为：
[0016]步骤1.1，将待监控区域划分成N
×
M个网格分区，分别把行标记为x，列标记为y，每个网格分区为一个节点；
[0017]步骤1.2，在每个网格分区内布置一个集成传感器；
[0018]步骤1.3，通过集成传感器获取土壤数据，所述土壤数据包括过氧化氢浓度，二氧化碳浓度和土壤温度T；
[0019]所有集成传感器组成传感器网络，所述集成传感器包括过氧化氢浓度传感器，二氧化碳浓度传感器和温度计。
[0020]进一步地，步骤2中，投放多环芳烃降解微生物和创造降解微生物适宜的生长环境的子步骤为：
[0021]往每个网格分区接种多环芳烃降解微生物，注入复合溶液，所述复合溶液包含以下组分：营养盐，氧源和表面活化剂，所述氧源为过氧化氢。
[0022]在一个实施例中，多环芳烃降解微生物为假单胞菌属(Pseudomonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)、莫拉氏菌属(Moraxella)、弧菌属(Vibrio)、海杆菌属(Marinobacter)、解环菌属(Cycloclas2ticus)的一种或多种。
[0023]在一个实施例中，营养盐为酵母膏，优选为酵母废液。
[0024]在一个优选的实施例中，营养盐为氨和正磷酸盐。
[0025]进一步地，在一个实施例中，表面活化剂为吐温80，表面活化剂用于提高多环芳烃在水中的溶解度和促进多环芳烃从固相转移到水相，有利于提高多环芳烃的生物利用率。
[0026]进一步地，步骤3中，对土壤数据进行预处理，得到分类数据集的子步骤为：
[0027]步骤3.1，令各个集成传感器获得数据的当前时刻为tc，检测间隔为Tint，Tint的取值范围为[0.25，30]，初始化变量n，n的取值范围为[20，100]；
[0028]步骤3.2，集成传感器依次获得过氧化氢浓度，记为O2
tc
，O2
tc
表示当前时刻的过氧化氢浓度，把满足有效降解条件的数据记为有效数据，获得有效数据的集成传感器标记为有效节点，跳转步骤3.4；
[0029]其中，如果获得的数据满足以下条件：
[0030][0031]且
[0032][0033]式中，O2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，O2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，D
′
为微生物在当前环境的分解能力，σ为过氧化氢的自然分解速率，τ为初始微生物浓度，优选为3.6
×
105cfu/ml；CO2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的二氧化碳浓度数据，CO2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的二氧化碳浓度数据；
[0034]其中，D
′
的计算方式为：
[0035][0036]式中，为(tc
‑
n
×
Tint)到(tc+n
×
Tint)时刻间的平均温度，D
max
为多环芳烃降解微生物的理想分解速率，在一个实施例中为9.63ml/h，R为理想气体常数，R的取值为8.314；把满足无效降解条件的数据记为无效数据，获得无效数据的集成传感器标记为无效节点，无效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多环芳烃土壤污染修复方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，构建传感器网络，通过传感器网络获取土壤数据；步骤2，投放多环芳烃降解微生物和制造降解微生物适宜的生长环境；步骤3，对土壤数据进行预处理，得到分类数据集；步骤4，根据分类数据集输出多环芳烃降解微生物的修复效果。2.根据权利要求1所述的一种多环芳烃土壤污染修复方法，其特征在于，步骤1中，构建传感器网络，通过集成传感器获取土壤数据的子步骤为：步骤1.1，将待监控区域划分成N
×
M个网格分区，分别把行标记为x，列标记为y，每个网格分区为一个节点；步骤1.2，在每个网格分区内布置一个集成传感器；步骤1.3，通过集成传感器获取土壤数据，所述土壤数据包括过氧化氢浓度，二氧化碳浓度和土壤温度T；所有集成传感器组成传感器网络，所述集成传感器包括过氧化氢浓度传感器，二氧化碳浓度传感器和温度计。3.根据权利要求1所述的一种多环芳烃土壤污染修复方法及应用，其特征在于，步骤2中，投放多环芳烃降解微生物和创造降解微生物适宜的生长环境的子步骤为往每个网格分区接种多环芳烃降解微生物，注入复合溶液，所述复合溶液包含以下组分：营养盐，氧源和表面活化剂，所述氧源为过氧化氢。4.根据权利要求1所述的一种多环芳烃土壤污染修复方法，其特征在于，步骤3中，对土壤数据进行预处理，得到分类数据集的子步骤为：步骤3.1，令各个集成传感器获得数据的当前时刻为tc，检测间隔为Tint，Tint的取值范围为[0.25，30]，初始化变量n，n的取值范围为[20，100]；步骤3.2，集成传感器依次获得过氧化氢浓度，记为O2
tc
，O2
tc
表示当前时刻的过氧化氢浓度，把满足有效降解条件的数据记为有效数据，获得有效数据的集成传感器标记为有效节点，跳转步骤3.4；其中，如果获得的数据满足以下条件：且式中，O2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，O2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，D
′
为微生物在当前环境的分解能力，σ为过氧化氢的自然分解速率，τ为初始微生物浓度；CO2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的二氧化碳浓度数据，CO2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的二氧化碳浓度数据；其中，D
′
的计算方式为：式中，为(tc
‑
n
×
Tint)到(tc+n
×
Tint)时刻间的平均温度，D
max
为多环芳烃降解微生物的理想分解速率，R为理想气体常数；
把满足无效降解条件的数据记为无效数据，获得无效数据的集成传感器标记为无效节点，无效节点的区域为无效区域，跳转步骤3.5，无效降解条件为如果获得的数据满足以下条件：且式中，O2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，O2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的过氧化氢浓度数据，D
′
为微生物在当前环境的分解能力，通过式(1)获得，σ为过氧化氢的自然分解速率，τ为初始微生物浓度；CO2
tc
‑
n
×
Tint
为时刻tc往前n个时间间隔Tint的二氧化碳浓度数据，CO2
tc+n
×
Tint
为时刻tc往后n个时间间隔Tint的二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友平，唐建新，
申请(专利权)人：广东绿棕环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：