[发明专利]一种生物炭固定化微生物共代谢降解三氯乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明属于固定化微生物处理技术领域，具体涉及利用生物炭固定化荧光假单胞菌，以苯酚作为生长基质，共代谢降解三氯乙烯在污染土壤微生物处理和环境修复中的应用。

技术背景

固定化微生物技术是用化学或物理的手段，将游离细胞或酶定位于限定的区域，使其保持活性并可反复利用的方法。固定化技术因其特有的细胞密度高、抗毒性强及可反复利用等特点已广泛应用于工业废水处理中，效果较好。据研究，微生物被固定化后，可以避免微生物分离上的困难以及微生物的流失；还可提高单位空间微生物的密度和生理活性；另外，微生物被固定化后，可以提高其对恶劣环境的抗冲击能力。目前，最常用的微生物固定化方法主要有：包埋法和吸附法，这两种固定化方法有利有弊。包埋法是利用线性网状结构的高分子聚合物载体的加裹作用，将游离细胞截留在形成的高分子材料内，其结构可防止细胞渗出到周围培养基中，但底物仍能渗入与细胞发生反应。包埋法操作简便，微生物本身不参与水不溶性胶网格或微胶囊的形成，活力较高，应用广泛。但包埋材料有一定的传质阻力，会一定程度阻碍底物和氧扩散，并对大分子底物不适用。吸附法又称载体结合法，是通过物理吸附、化学或离子结合，将微生物固定于非水溶性载体。这种方法操作简单，对微生物活力影响小，但所结合的微生物量有限，反应稳定一性和反复使用性差，并且，载体的选择尤为关键。目前应用较为广泛的固定化载体有无机类、多糖与蛋白质类、天然高分子凝胶类和有机合成高分子凝胶类。随着研究的进行，一些新型固定化载体也不断涌现。

生物炭是由生物残体(如植物秸秆和动物粪便等)在完全或部分缺氧情况下，经高温慢热(通常低于700℃)产生的一类难熔、稳定、富含碳素、高度芳香化的固态物质。根据制备生物炭的生物质材料来源，生物炭可以分为植物源生物炭和动物源生物炭两大类，其中包括木炭、秸秆炭、谷壳炭，家禽、家畜粪便炭等多种类型。近年来，由于其可以改良土壤，调节温室气体的减排，以及修复受污染场地，以其各方面存在的较强应用潜力，引起了越来越多的关注，成为了一种环境友好的新型材料。生物炭主要由C、H、O等元素组成，以高度富含碳质为主要标志，一般含碳量在70％～80％之间，可以看作是纤维素、羧酸以及其衍生物、吡喃、呋喃及脱水的糖、苯酚、烷烃类及烯烃类的衍生物等成分各异的复杂含碳物质混合构成的统一体，其最主要成分是烷基和芳香结构。观察生物炭的微观构型发现，生物炭是紧密层叠、高度变形的芳香环组成的片状结构，生物炭表面常常分布着密集的微孔，因此比表面积较大，这些性质就使得生物炭具有良好的吸附性能。微生物可以吸附生长于这些微孔中，避免了因为吸附力小而导致固定化菌大量流失的现象，此外这种微孔结构使得载体本身具有较大的比表面积，增强了固定化荧光假单胞菌对土壤中污染物的吸附能力。因此，生物炭从理论上可作为荧光假单胞菌的固定化载体，以苯酚为底物，共代谢降解三氯乙烯。将生物炭作为固定化载体，利用吸附法固定化荧光假单胞菌共代谢降解TCE的研究尚无报道。

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。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，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。在好氧条件下，TCE必须通过共代谢进行降解。其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。本发明选取苯酚为底物，共代谢降解土壤中的TCE。

发明内容

本发明的目的是从利用固定化微生物降解污染物的理念出发，利用新型碳质材料生物炭作为载体，采用吸附法固定化荧光假单胞菌，以苯酚为基质共代谢降解TCE，达到降低土壤中TCE可提取率及生物有效性的目的，同时提出了将新型环境友好材料生物炭作为载体，应用于以吸附法制备固定化微生物的过程中，增加固定化微生物技术的实用性。

本发明的生物碳固定化微生物共代谢降解三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)的方法，包括以下步骤：