本发明专利技术属于水污染治理技术，针对生物与非生物过程耦合下的四氯化碳污染的环境修复，具体为一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法。向含四氯化碳的待处理污染物样品中加入活性炭负载纳米零价铁，待样品中四氯化碳被降解至0.05～0.25mM时，加入氯仿降解富集培养物在厌氧条件下处理，待处理样品中产生二氯甲烷时，向体系内加入二氯甲烷降解富集培养物进行强化处理直至去除体系内的四氯化碳及其他含氯甲烷。本发明专利技术利用将纳米零价铁和厌氧富集培养物联合降解四氯化碳为无毒产物的实施方法，为四氯化碳污染场地的原位修复提供了技术指导和新的思路。导和新的思路。导和新的思路。
【技术实现步骤摘要】
一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法
[0001]本专利技术属于水污染治理技术，针对生物与非生物过程耦合下的四氯化碳污染的环境修复，具体为一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法。
技术介绍
[0002]四氯化碳(Carbon tetrachloride，CT)是一种在全球范围广泛使用的优良清洁剂、涂料以及制冷剂。其氯代程度高、生物毒性大且化学性质稳定，不易降解，是一种持久性环境污染物。人体一旦通过皮肤或粘膜接触到少量的四氯化碳，就会增加肝脏的负担，而暴露于大量的四氯化碳则会严重损害中枢神经系统。四氯化碳的脱氯降解产物氯仿(Chloroform，CF)和二氯甲烷(Dichloromethane，DCM)均可对人体造成不同程度的危害。低浓度的氯仿可导致呼吸麻痹，曾在18世纪被用作麻醉剂，后因较高的毒性而被弃用，而高浓度的氯仿则可能导致心脏骤停。二氯甲烷同样具有麻醉作用，但其麻醉效率比氯仿小3.5倍，进入人体之后可被代谢产生甲酰氯，并进一步产生盐酸和一氧化碳，产生致命的碳氧血红蛋白。因此，四氯化碳、氯仿和二氯甲烷均被归类为致癌或者疑似致癌物质，其中四氯化碳已经被包括中国和美国在内的多个国家确定为“优先控制污染物”。
[0003]氯仿和二氯甲烷的深度降解是实现四氯化碳彻底无害化的关键步骤。脱卤微生物介导的还原脱氯过程是厌氧环境中有机氯化物降解的最主要途径，在这个过程中，有机氯化物作为电子受体并产生盐酸和低氯取代或无氯取代的脱氯产物。由于四氯化碳特殊的化学结构和高生物毒性，在厌氧条件下代谢四氯化碳的脱卤微生物目前尚无报道。氯仿具有一定的生物毒性，对许多微生物包括某些脱卤微生物都具有抑制作用，能够降解氯仿的脱卤微生物也比较有限，目前只有少数几株能够降解氯仿的脱卤杆菌(Dehalobacter，Dhb)被发现，最早的一株是2010年由多伦多大学Edwards教授团队报道的Dhb sp.CF菌株，目前还没有被分离纯化；Dhb sp.UNSWDHB菌株，于2013年被分离得到；Dhb sp.THM1菌株，于2017年报道，目前也没有被分离，它们的降解产物均为二氯甲烷；另外2014年分离得到的一株脱亚硫酸菌(Desulfitobacterium sp.PR)也能够将氯仿降解为二氯甲烷并伴有微量的一氯甲烷。二氯甲烷的厌氧微生物降解尚缺乏深入的研究，但已经发现几株能够在厌氧条件下发酵降解二氯甲烷的厌氧微生物，例如Dhb sp.DCM 49A菌株可以将二氯甲烷发酵降解为乙酸和氢气，Dehalobacterium formicoaceticum DMC菌株可以将二氯甲烷发酵降解为甲酸、乙酸。但是通过贯通氯仿和二氯甲烷降解途径以达成将四氯化碳完全转化为无毒害终产物的生物方法目前尚未有报道，鉴于我国有机氯污染治理的紧迫性，培养和分离能够深度降解氯仿和二氯甲烷的脱卤微生物对原位生物修复四氯化碳污染具有一定的应用价值。
[0004]利用纳米零价铁(Nanoscale zero valent iron，nZVI)对四氯化碳进行降解已在多个国家和地区的污染场地原位修复工程中得以实施。然而利用纳米零价铁进行化学修复时，往往存在着一些问题，例如，纳米颗粒团聚造成还原效率低，对目标污染物降解不彻底，纳米材料对原位微生物的毒害作用等，即有毒降解产物和纳米材料都对环境存在着潜在安全风险。在原位修复工程中，往往将纳米零价铁进行负载来解决纳米材料的团聚问题来提
高降解效率。然而，有毒氯代中间产物的生成与积累问题仍热没有得到根本解决。联合应用负载型纳米零价铁和能够降解有毒氯代中间产物的脱卤微生物将四氯化碳彻底降解为无毒的产物不失为一种理想的修复方法。
技术实现思路
[0005]鉴于四氯化碳污染场地原位修复中存在的四氯化碳降解不彻底、对下游产物降解的抑制效应，本专利技术旨在提供一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，向含四氯化碳的待处理污染物样品中加入活性炭负载纳米零价铁，在厌氧条件下反应，待样品中四氯化碳浓度降低至0.05～0.25mM时，加入氯仿降解富集培养物，待样品中产生二氯甲烷时，继续向体系内加入二氯甲烷降解富集培养物进行强化处理直至去除体系内的四氯化碳与其它含氯甲烷；
[0008]或，向含四氯化碳浓度为0.05～0.25mM的待处理污染物样品中加入活性炭负载纳米零价铁和的氯仿降解富集培养物的混合物，在厌氧条件下反应，待处理样品中产生二氯甲烷时，继续向体系内加入二氯甲烷降解富集培养物进行强化处理直至去除体系内的四氯化碳与其它含氯甲烷。
[0009]上述投加二氯甲烷降解富集培养物时，优选为待测样品中四氯化碳彻底降解为二氯甲烷时(其中，彻底指对检测样品进行检测不含四氯化碳)。
[0010]每100mL待处理样品所述活性炭负载纳米零价铁添加量为3～15mg Fe；氯仿降解富集培养物和二氯甲烷降解富集培养物的添加量均为待处理样品体积的1～5％(v/v)。
[0011]所述活性炭负载纳米零价铁的制备：在厌氧条件下，密闭环境中将含亚铁离子和活性炭以及分散剂的混合溶液，通过还原剂对其进行亚铁离子的还原，制备活性炭负载纳米零价铁；其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，还原剂为NaBH4。
[0012]制备所述活性炭负载纳米零价铁的装置，密封的反应器(1)置于磁力搅拌器(2)上，反应器上部插入还原剂通入管(3)和通气管(4)，通气管另一端与真空泵(5)相连。
[0013]所述活性炭负载纳米零价铁的制备：将含亚铁离子和活性炭以及分散剂的混合溶液，加入至密封的反应器(1)内，而后对反应器抽真空去除氧气，去除后置于烘箱中在150～200℃，放置12～24h将亚铁离子负载于活性炭，负载之后，在室温条件下，向反应器中注入还原剂，并在厌氧环境下，使亚铁离子的还原，同时抽真空排出反应产生的氢气，反应后继续抽真空1h，然后收集沉淀经无氧超纯水洗涤，冷冻干燥24h，即得到活性炭负载纳米零价铁；其中，亚铁、活性炭及分散剂混合溶液为15～25g/L FeSO4·
7H2O、15～25g/L活性炭(200目)和5～15g/L的聚乙烯吡咯烷酮混合液；还原剂为NaBH4，浓度为0.5～1M，现用现配。
[0014]所述氯仿降解富集培养物以厌氧底泥作为接种源，按1～5％(w/v)接种量加入至含氯仿的无机盐培养基中，添加乳酸作为碳源、氢气作为电子供体，顶空为N2/CO2(80/20，v/v)，30℃黑暗静置培养，培养过程中定期通过气相色谱检测，直至体系内氯仿被完全转化为二氯甲烷后，重复前述培养步骤连续转接2～4次，进而获得性能稳定的氯仿降解富集培养物。
[0015]所述二氯甲烷降解富集培养物为以厌氧底泥作为接种源，按1～5％(w/v)接种量加入至含二氯甲烷的无机盐培养基中，添加乳酸作为碳源、氢气作为电子供体，顶空为N2/
CO2(80/20，v/v)，培养过程中定期通过气相色谱检测，直至体系内二氯甲烷被完全降解后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：向含四氯化碳的待处理污染物样品中加入活性炭负载纳米零价铁，在厌氧条件下，待样品中四氯化碳浓度降低至0.05～0.25mM时，加入氯仿降解富集培养物，待处理样品中产生二氯甲烷时，继续向体系内加入二氯甲烷降解富集培养物进行强化处理直至去除体系内的四氯化碳及其他含氯甲烷；或，向含四氯化碳浓度为0.05～0.25mM的待处理污染物样品中加入活性炭负载纳米零价铁和氯仿降解富集培养物，在厌氧条件下处理，待处理样品中产生二氯甲烷时，继续向体系内加入二氯甲烷降解富集培养物进行强化处理直至去除体系内的四氯化碳及其他含氯甲烷。2.按权利要求1所述的两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：每100mL反应体系中所述活性炭负载纳米零价铁添加量为3～15mg Fe；氯仿降解富集培养物和二氯甲烷降解富集培养物的添加量分别占待处理样品体积的1～5％(v/v)。3.按权利要求1所述的两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：所述活性炭负载纳米零价铁的制备：在厌氧条件下，密闭环境中将含亚铁离子和活性炭以及分散剂的混合溶液，通过还原剂对其进行亚铁离子的还原，制备活性炭负载纳米零价铁；其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，还原剂为NaBH4。4.按权利要求3所述的两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：制备所述活性炭负载纳米零价铁的装置，密封的反应器(1)置于磁力搅拌器(2)上，反应器上部插入还原剂通入管(3)和通气管(4)，通气管另一端与真空泵(5)相连。5.按权利要求3或4所述的两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：所述活性炭负载纳米零价铁的制备：将含亚铁离子和活性炭以及分散剂的混合溶液，加入至密封的反应器(1)内，而后对反应器抽真空去除氧气，去除后将其置于烘箱中在150～200℃条件下放置12～24h将亚铁离子负载于活性炭，负载之后，在室温条件下，向反应器中注入还原剂，并在厌氧环境下，使亚铁离子还原，同时抽真空排出反应产生的氢气，添加完还原剂后继续抽真空1h，然后收集沉淀经无氧超纯水洗涤，冷冻干燥24h，即得到活性炭负载纳米零价铁；其中，亚铁、活性炭及分散剂混合溶液为15～25g/L FeSO4·
7H2O、15～25g/L活性炭和5～15g/L的聚乙烯吡咯烷酮混合液；还原剂为0.5～1M NaBH4溶液。6.按权利要求1所述的两步厌氧生物强化法降解四氯化碳的方法，其特征在于：所述氯仿降解富集培养物以厌氧底泥作为接种源，按1～5％(w/v)接种量加入至含氯仿的无机盐培养基中，添加乳酸作为碳源、氢气作为电子供体，顶空为N2/CO2(80/20，v...
【专利技术属性】
技术研发人员：严俊，王晶晶，姜丽思，李秀颖，杨毅，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：
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