一种土壤中聚苯乙烯的降解方法技术

本发明专利技术涉及聚苯乙烯降解领域，具体涉及一种土壤中聚苯乙烯的降解方法，包括，将包含耐热铜绿假单胞菌菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚苯乙烯的土壤中，所述土壤的温度为25℃~30℃，并保持该温度10 h~15 h；之后将所述土壤的温度升高至40℃~45℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前1 h~3 h为止；本发明专利技术采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入，该系统能够确保对土壤中聚苯乙烯降解时，土壤温度保持在40℃~45℃，提高土壤中聚苯乙烯的降解效率。壤中聚苯乙烯的降解效率。壤中聚苯乙烯的降解效率。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤中聚苯乙烯的降解方法


[0001]本专利技术涉及聚苯乙烯降解领域，具体涉及一种土壤中聚苯乙烯的降解方法。

技术介绍

[0002]聚苯乙烯是由苯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，是一种应用广泛的热塑性塑料。聚苯乙烯主链为大分子饱和烃类聚合物，侧基为体积较大的刚性苯环结构，使其具有透明、刚性高、电性能优良、耐酸碱、易成型且价格低廉等优点，被广泛应用于包装材料、电子、建筑材料、汽车零部件、电器以及玩具等领域。
[0003]据报道，2019年全球的塑料生产量为3.68亿吨，中国占全世界生产总量的31%。全球生产的塑料中有9%被回收，12%被焚烧，其余79%释放到环境中。作为仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大类树脂塑料，聚苯乙烯由于被广泛使用、管理不善及难降解性，导致在环境中迅速并大量地积聚，释放到环境中的聚苯乙烯在长时间的物理、化学和生物降解作用下，发生光降解、脆化和破碎，缓慢地分解为尺寸更小的塑料颗粒，最终广泛分布在自然环境中。由于尺寸较小，微塑料聚苯乙烯可被生态系统中各种营养水平的生物直接或间接摄取而产生毒性作用；例如，Rossi等（2014）证实纳米聚苯乙烯容易渗透到脂质膜中，导致膜结构发生变化，显著减少分子扩散，进一步影响细胞功能；苑文珂（2020）认为微塑料聚苯乙烯会迅速大量地吸附在水生植物粗梗水蕨孢子表面，抑制孢子体的萌发及配子体的发育；刘洋（2022）研究表明微塑料聚苯乙烯对大豆根系的基因毒性和氧化损伤较强，可降低根系的活性，进一步影响根系对养分的吸收。可见，微塑料聚苯乙烯的治理已成亟需解决的环境问题。
[0004]现有的聚苯乙烯降解方式包括物理降解、化学降解和生物降解，其中微生物降解法具有高效、污染小和可再生等优势，在聚苯乙烯微塑料污染治理中具有较高的应用前景。Peixoto（2017）分离出大肠杆菌属、柠檬酸杆菌属、产碱杆菌属和短波单胞菌属，均显示出解聚酶活性，对聚苯乙烯具有一定的降解能力；Mohan（2016）从土壤中分离出的假单胞菌和芽孢杆菌菌株可促进脂肪族碳链的降解；中国专利CN114058558B分离出的铜绿假单胞菌能有效降解聚苯乙烯塑料薄膜及微塑料。上述菌株虽然都可以降解聚苯乙烯，但降解效率较低，常规菌株在较高温度下也难以生存，使得将其应用于土壤修复中的降解率不高，另外，目前微生物降解聚苯乙烯的研究均停留在实验室水平，而未实现工程化应用，且实际应用效果也尚不明确。
[0005]因此，如何对聚苯乙烯降解工艺进行优化和改进，提升聚苯乙烯的降解效率，使其可以工程化应用，是本领域亟待解决的一个技术难题。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的生物降解法对聚苯乙烯的降解效率低，从而通过优化降解工艺条件，提供一种土壤中聚苯乙烯的降解方法，该方法能够提高土壤中聚苯乙烯的降解效率。
[0007]本专利技术提供一种土壤中聚苯乙烯的降解方法，包括，将包含耐热铜绿假单胞菌菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚苯乙烯的土壤中，所述土壤的温度为25 ℃~30 ℃，并保持该温度10 h~15 h；之后将所述土壤的温度升高至40 ℃~45 ℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前1 h~3 h为止；其中，所述耐热铜绿假单胞菌菌液的制备方法包括：S1，取保藏编号为CGMCC No.23974的铜绿假单胞菌，在25 ℃~30 ℃下培养至对数生长期；将对数生长期的菌株按照每驯化周期1 ℃~2 ℃的温差提高培养温度至40 ℃~45 ℃，得到初筛菌株；S2，将所述初筛菌株于40 ℃~45 ℃下培养，复筛，菌株纯化，得到耐热铜绿假单胞菌；S3，将所述耐热铜绿假单胞菌接种到培养基中在25 ℃~30 ℃下发酵48 h~56 h。
[0008]其中，驯化周期为菌株在一个培养温度下培养的时间。
[0009]所述菌剂还包括降解液；所述降解液的组成包括：K2HPO40.4 g/L~0.6 g/L、KH2PO43.5 g/L~4 g/L、(NH4)2HPO40.5 g/L~1 g/L、MgCl2·
6H2O 18 mg/L~22 mg/L、FeCl30.1 mg/L~0.3 mg/L、CaCl21 mg/L~3 mg/L、Na2SO4180 mg/L~220 mg/L、KNO31 g/L~1.5 g/L，所述降解液的pH值为7.0~7.2；和/或，所述耐热铜绿假单胞菌菌液的菌活为1.0
×
108CFU/mL~1.0
×
109CFU/mL。
[0010]步骤S1~步骤S3中任一项采用的培养基的组成包括，葡萄糖4 g/L~6 g/L、牛肉膏8 g/L~12 g/L、蛋白胨8 g/L~12 g/L、NaCl 4 g/L~6 g/L，所述培养基的pH值为7.0~7.2；和/或，所述步骤S1中每个驯化周期为12 h~24 h；和/或，所述步骤S2中培养的时间为24 h~48 h；和/或，所述菌剂中所述耐热铜绿假单胞菌菌液与所述降解液的体积比为1：2~5；和/或，所述降解方法还包括，向所述土壤中单独注入所述降解液的步骤。
[0011]降解处理前期所述菌剂的注入间隔为7 d~9 d，降解处理后期所述菌剂的注入间隔为16 d~30 d；在降解处理时，每次注入所述菌剂之后单独注入所述降解液，所述降解液的单独注入时间与降解处理前期所述菌剂的注入间隔时间为3 d~5 d，所述降解液的单独注入时间与降解处理后期所述菌剂的注入间隔时间为8 d~29 d，其中，所述降解处理前期为从开始降解处理起的第1 d~24 d，所述降解处理后期为从开始降解处理起的第25 d及以后；和/或，所述菌剂单次注入量与所述土壤体积比为50 L/m3~200 L/m3；和/或，在单独注入所述降解液时，所述降解液的单次注入量与所述土壤体积比为30 L/m3~50 L/m3。
[0012]本专利技术提供的土壤中聚苯乙烯的降解方法，还包括，采用基于拉曼光谱的微塑料在线监测系统对所述土壤中聚苯乙烯的降解情况进行实时监测，采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入；所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块、换热器，控制器和温度采集装置，其中，所述热源产生模块和所述换热器通过管路相互连通形成回路，所述管路上设置有动力装置，所述动力装置为所述热源产生模块和所述换热器中的介质流通提供动力；所述换热器包括若干并排设置的加热单元，所述加热单元竖直设置；所述温度采集装置位于相邻的两个所述加热单元之间，所述温度采集装置用于采
集所述加热单元之间土壤的温度，所述温度采集装置和所述动力装置均和所述控制器电连接；当所述加热单元之间土壤的温度低于阈值时，所述控制器控制所述动力装置加快所述热源产生模块和所述换热器中的介质流动速度。
[0013]所述加热单元包括若干并联设置的加热组，各所述加热组的进水口和所述动力装置的出水口连通；所述加热组的出水口和所述动力装置的进水口连通；各所述加热组包括水平设置的连通管和竖直设置的毛细管，所述连通管和所述毛细管连通，所述连通管的内径大于所述毛细管的内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤中聚苯乙烯的降解方法，其特征在于，包括如下步骤：将包含耐热铜绿假单胞菌菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚苯乙烯的土壤中，所述土壤的温度为25 ℃~30 ℃，并保持该温度10 h~15 h；之后将所述土壤的温度升高至40 ℃~45 ℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前1 h~3 h为止；其中，所述耐热铜绿假单胞菌菌液的制备方法包括：S1，取保藏编号为CGMCC No.23974的铜绿假单胞菌，在25 ℃~30 ℃下培养至对数生长期；将对数生长期的菌株按照每驯化周期1 ℃~2 ℃的温差提高培养温度至40 ℃~45 ℃，得到初筛菌株；S2，将所述初筛菌株于40 ℃~45 ℃下培养，复筛，菌株纯化，得到耐热铜绿假单胞菌；S3，将所述耐热铜绿假单胞菌接种到培养基中在25 ℃~30 ℃下发酵48 h~56 h。2.根据权利要求1所述的降解方法，其特征在于，所述菌剂还包括降解液；所述降解液的组成包括：K2HPO
4 0.4 g/L~0.6 g/L、KH2PO
4 3.5 g/L~4 g/L、(NH4)2HPO
4 0.5 g/L~1 g/L、MgCl2·
6H2O 18 mg/L~22 mg/L、FeCl
3 0.1 mg/L~0.3 mg/L、CaCl
2 1 mg/L~3 mg/L、Na2SO
4 180 mg/L~220 mg/L、KNO
3 1 g/L~1.5 g/L，所述降解液的pH值为7.0~7.2；和/或，所述耐热铜绿假单胞菌菌液的菌活为1.0
×
10
8 CFU/mL~1.0
×
10
9 CFU/mL。3.根据权利要求2所述的降解方法，其特征在于，步骤S1~步骤S3中任一项采用的培养基的组成包括，葡萄糖4 g/L~6 g/L、牛肉膏8 g/L~12 g/L、蛋白胨8 g/L~12 g/L、NaCl 4 g/L~6 g/L，所述培养基的pH值为7.0~7.2；和/或，所述步骤S1中每个驯化周期为12 h~24 h；和/或，所述步骤S2中培养的时间为24 h~48 h；和/或，所述菌剂中所述耐热铜绿假单胞菌菌液与所述降解液的体积比为1：2~5；和/或，所述降解方法还包括，向所述土壤中单独注入所述降解液的步骤。4.根据权利要求3所述的降解方法，其特征在于，降解处理前期所述菌剂的注入间隔为7 d~9 d，降解处理后期所述菌剂的注入间隔为16 d~30 d；在降解处理时，每次注入所述菌剂之后单独注入所述降解液，所述降解液的单独注入时间与降解处理前期所述菌剂的注入间隔时间为3 d~5 d，所述降解液的单独注入时间与降解处理后期所述菌剂的注入间隔时间为8 d~29 d，其中，所述降解处理前期为从开始降解处理起的第1 d~24 d，所述降解处理后期为从开始降解处理起的第25 d及以后；和/或，所述菌剂单次注入量与所述土壤体积比为50 L/m3~200 L/m3；和/或，在单独注入所述降解液时，所述降解液的单次注入量与所述土壤体积比为30 L/m3~50 L/m3。5.根据权利要求1~4任一项所述的降解方法，其特征在于，所述降解方法还包括，采用基于拉曼光谱的微塑料在线监测系统对所述土壤中聚苯乙烯的降解情况进行实时监测。6.根据权利要求4所述的降解方法，其特征在于，采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入；所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块（5）、换热器（7），控制器（3）和温度采集装置（1），其中，所述热源产生模块（5）和所述换热器（7）通过管路相互连通形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊静，刘亚茹，李书鹏，郭丽莉，韩亚萌，李嘉晨，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：