一种污染沉积物原位修复方法技术

本发明专利技术公开一种污染沉积物原位修复方法，包括：富集培养PAHs降解菌；根据待修复沉积物中硫酸盐和硝酸盐的总浓度选择电子受体为Fe3O4胶体或Fe3O4固体颗粒；原位投加电子受体并接种降解菌，于自然条件下降解修复。本发明专利技术采用磁铁矿矿物作为电子传导物质介导微生物之间的电子转移，促进微生物的生长和代谢，可以降低沉积物中有机污染物生物有效性，能够高效修复有机污染物，显著缩短污染物的修复进程。其转化过程及产物生物毒性小，对环境、微生物友好，使得其能够有效进行原位修复。使得其能够有效进行原位修复。使得其能够有效进行原位修复。

【技术实现步骤摘要】
一种污染沉积物原位修复方法


[0001]本专利技术属于水环境生态修复
，具体涉及一种污染沉积物原位修复的方法，特别涉及一种利用磁铁矿作为微生物胞外呼吸的电子受体/供体，或者电子传递介质促进有机污染物的微生物降解的方法。

技术介绍

[0002]目前对水体沉积物中复合污染的控制，主要采用疏浚、原位覆盖以及强化生物修复方式。疏浚虽见效快，但成本高，且存在对污染沉积物后续异地处置等二次污染问题。原位覆盖是指投放惰性或活性材料覆盖于污染沉积物表面，能快速控制污染，但是存在污染物随环境条件变化向水体释放的风险。
[0003]铁氧化物、硝酸盐和硫酸盐是水体沉积物中微生物厌氧呼吸与代谢最常用的三类电子受体。硝酸盐和硫酸盐作为电子受体，常用作溶解态形式添加到污染沉积物中。已有研究表明投加硝酸盐或硫酸盐作为末端电子受体可以促进PAHs的厌氧生物降解，其在沉积物有机污染物的治理与修复中发挥重要作用。然而，硝酸盐和硫酸盐作为溶解态电子受体，易于受到沉积物孔隙水流的影响，随孔隙水流流失其作用效果会降低，且对水生态系统可能造成负面影响。
[0004]铁氧化物的形态多样，最常使用的类型主要为无定型铁氧化物(FeOOH)和磁铁矿(Fe3O4)。早先的研究表明异化铁还原菌Geobactermetallireducens、Shewanellaoneidensis等能够将铁氧化物中的Fe(III)作为终端电子受体进行胞外呼吸。更为重要的是，具有混合价态的铁氧化物，如Fe3O4，在微生物胞外呼吸中既可以作为电子受体又可以作为电子供体，对环境的氧化—还原电位起到重要的调节作用。然而，Shen等人发现Fe3O4颗粒会抑制萘的生物降解。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷或者不足，本专利技术提供一种污染沉积物修复方法。该方法针对性使用铁氧化物矿物以增强沉积物内部矿物
‑
微生物之间的相互作用，通过矿物
‑
微生物直接界面电子转移方式促进有机污染物尤其是PAHs的微生物降解。
[0006]为实现上述目的，本专利技术具体通过以下技术方案来实现：
[0007]一种污染沉积物原位修复方法，包括如下步骤：
[0008](1)富集培养PAHs降解菌：将新鲜的湿沉积物于水中恒温振荡培养，之后将浓缩的培养液转接入液体培养基中，于pH7.2～7.4条件下加入菲溶液，厌氧振荡培养5～7d；将得到的培养液富集后重复所述转接、所述厌氧振荡培养的操作，且每次转接后加入比前一次浓度更高的菲溶液，共转接、厌氧培养三次，最终得到悬浮菌液；
[0009](2)电子受体的选择：调查待修复沉积物中硫酸盐和硝酸盐的总浓度，当所述总浓度在20mmol/L以上时，选择Fe3O4胶体作为电子受体，当所述总浓度低于20mmol/L时，选择Fe3O4固体颗粒作为电子受体；
[0010](3)污染沉积物的原位修复：将步骤(2)选择的电子受体按照Fe元素终浓度10～20mmol/L的量投加至所述待修复沉积物中，并接种步骤(1)得到的所述悬浮菌液，于自然条件下降解修复。
[0011]优选的，步骤(1)中所述恒温振荡培养的条件为：25℃，120rpm培养12小时。
[0012]优选的，步骤(1)中所述水为灭菌蒸馏水。
[0013]优选的，步骤(1)中所述新鲜的湿沉积物和水的比例为10:200(g/mL)。
[0014]优选的，步骤(1)中所述浓缩的培养液的获得方法为：静置，取下层浓液。
[0015]优选的，步骤(1)中初次加入的菲溶液的浓度为2mg/L。
[0016]优选的，步骤(1)中，每1L所述的液体培养基含有如下组分：
[0017]K2HPO40.2～0.3g、KH2PO40.3～0.4g、NH4Cl 1.0～1.5g、CaCl2·
2H2O 0.05～0.10g、MgCl2·
6H2O0.05～0.12g、微量元素溶液1mL，余量为水。
[0018]优选的，每1L所述微量元素溶液含有如下组分：
[0019]CoCl2·
6H2O 0.19～0.2g、MnCl2·
4H2O 0.05～0.08g、ZnCl20.05～0.08g、NiCl2·
6H2O 0.02～0.03g、Na2MoO4·
H2O 0.02～0.03g、H3BO30.003～0.008g、CuCl2·
2H2O 0.001～0.003g、FeCl2·
4H2O1.2～1.5g，余量为水。
[0020]优选的，步骤(1)所述的转接为将培养液转接入20倍体积的液体培养基中。
[0021]优选的，所述Fe3O4胶体由如下方法制得：
[0022]以物质的量之比Fe
2+
:Fe
3+
:OH
‑
＝1:1:6的比例于无氧条件下、30～40℃快速混合铁盐溶液和碱溶液，搅拌1～1.5h静置获得沉淀，洗涤后重新分散于水中，即得。
[0023]优选的，所述Fe3O4固体颗粒由如下方法制得：以物质的量之比Fe
3+
:Fe
2+
＝1.75:1的比例混合铁盐，并加入碱使得溶液pH为11，80～85℃反应1.5～2h即得。
[0024]优选的，所述铁盐为硫酸盐根或氯化盐。
[0025]优选的，所述碱为氢氧化钠。
[0026]优选的，步骤(3)中，如电子受体为Fe3O4胶体，所述降解修复的时间为7～15d；如电子受体为Fe3O4固体颗粒，所述降解修复的时间为20～30d。
[0027]本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用磁铁矿矿物作为修复原料，来源丰富。磁铁矿矿物作为电子传导物质介导微生物之间的电子转移，促进微生物的生长和代谢。本专利技术的方法可降低沉积物中有机污染物生物有效性，能够高效降解有机污染物，大大缩短降解时间，显著缩短污染物的修复进程。本专利技术采用的电子受体，其转化过程及产物生物毒性小，对环境、微生物友好，使得其能够有效进行原位修复。
附图说明
[0028]图1为本专利技术所述两种形态的Fe3O4的表征图像，其中A是胶体纳米Fe3O4的TEM图像；B是固体颗粒Fe3O4的SEM图像；C是固体颗粒Fe3O4的粒径分布图；D是固体颗粒Fe3O4和胶体纳米Fe3O4的XRD图像。
[0029]图2为实施例1中污染沉积物原位修复结果。
[0030]图3为实施例2中不同添加浓度条件下(以Fe含量计算)沉积物中多环芳烃的含量变化。
[0031]图4为实施例4中电子受体(硫酸盐和硝酸盐)不同浓度条件下，厌氧培养过程中
Fe3O4固体颗粒和Fe3O4胶体对菲的降解性能对比图。
具体实施方式
[0032]以下结合具体的附图和实施例进一步介绍本专利技术的技术方案。
[0033]实施例1
[0034](1)Fe3O4胶体的制备：控制硫酸亚铁和氯化铁的总浓度为0.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污染沉积物原位修复方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)富集培养PAHs降解菌：将新鲜的湿沉积物于水中恒温振荡培养，之后将浓缩的培养液转接入液体培养基中，于pH7.2～7.4条件下加入菲溶液，厌氧振荡培养5～7d；将得到的培养液富集后重复所述转接、所述厌氧振荡培养的操作，且每次转接后加入比前一次浓度更高的菲溶液，共转接、厌氧培养三次，最终得到悬浮菌液；(2)电子受体的选择：调查待修复沉积物中硫酸盐和硝酸盐的总浓度，当所述总浓度在20mmol/L以上时，选择Fe3O4胶体作为电子受体，当所述总浓度低于20mmol/L时，选择Fe3O4固体颗粒作为电子受体；(3)污染沉积物的原位修复：将步骤(2)选择的电子受体按照Fe元素终浓度10～20mmol/L的量投加至所述待修复沉积物中，并接种步骤(1)得到的所述悬浮菌液，于自然条件下降解修复。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述恒温振荡培养的条件为：25℃，120rpm培养12小时。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述新鲜的湿沉积物和水的比例为10:200g/mL。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中初次加入的菲溶液的浓度为2mg/L。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，每1L所述的液体培养基含有如下组分：K2HPO40.2～0.3g、KH2PO40.3～0.4g、NH4Cl1.0～1.5g、CaCl2·
2H2O0.05～0.10g、MgCl2·

【专利技术属性】
技术研发人员：晏再生，江和龙，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：