[發明專利]基于堆肥強化漆酶的被持久性有機物污染的土壤修復方法

在審

• 申請號: 201711058856.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107900096A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 任大軍;黃朝凡;康晨;鄧志軍;郭慧文;張淑琴
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B09C1/10
• 分類號: B09C1/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于被持久性有機物污染的土壤修復技術領域。具體涉及一種基于堆肥強化漆酶的被持久性有機物污染的土壤修復方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展，人類工業或農業生產過程中產生的各種污染物通過不同途徑進入土壤環境，最終超過土壤自凈能力，使土壤質量與功能發生變化。而且土壤還是農產品和一些生物的營養來源，污染物會通過食物鏈發生傳遞和遷移，最終危及人類及其他生物的生存和發展。土壤中有機污染物如氮雜環化合物(NHCs)、多環芳烴(PAHs)和多氯聯苯(PCBs)，因為有毒、難降解、不易受代謝過程破壞，以及致癌、致畸、致突變的性質受到環境工作者的重視。

NHCs是分子中含有氮原子的雜環結構有機化合物，屬于污染面廣、毒性較大的一類難降解有機物，廣泛存在于土壤和廢水中，常見的NHCs主要有吡咯、吲哚、吡啶、喹啉、異喹啉及其衍生物等，由于其難以生物降解，常常導致常規的生物處理系統處理效果不夠理想。PAHs是有機物不完全燃燒時產生的揮發性碳氫化合物，近代工農業的快速發展使得PAHs隨著大氣濕沉降、污水灌溉等途徑最終大部分匯聚于土壤與地下水中，導致嚴重的土壤和地下水污染，是重要的環境和食品污染物。PCBs是一類人工合成的氯代芳香烴類持久性有機污染物，是高憎水化合物，具有高親脂性、生物蓄積性、化學穩定性和半揮發性，易于在環境中循環，主要循環過程涉及污染場地的PCBs向大氣揮發擴散，經大氣遠距離輸送并通過干濕沉降進入土壤和水體環境。因此，研究土壤中持久性有機物的修復技術契合當前土壤污染修復的需求，具有重要的現實意義。

近年來，土壤污染修復越來越受到人們的關注。酶修復技術是直接利用某種特定外源微生物酶的降解能力凈化污染土壤。與傳統的物理化學方法相比，酶修復技術具有效率高、環境友好、無二次污染和易操作等優點。直接采用酶進行污染修復比微生物處理和植物處理更具有優勢。如酶對環境中營養等條件要求不高；酶可降解一些特定的污染物。但是酶修復技術也有一些限制：酶或會被土壤蛋白酶所降解；酶或不穩定而易失活；酶會被土壤蛋白酶所降解和不穩定而易失活。

漆酶是一種糖蛋白，利用分子氧通過自由基催化反應機制來催化氧化各種酚類和非酚類化合物。通過插入介體，可以使漆酶能夠催化氧化非酚類物質，對介體的研究表明：在絕大多數非天然介體中都存在著N-OH的共同結構特征，而正是N-OH能夠在漆酶的作用下生成自由基，然后通過生成的自由基去攻擊大分子底物或者非酚型底物。有研究表明，漆酶修復NHCs、PAHs、PCBs類污染土壤具有良好的處理效果，但也存在一些問題，例如介體物質昂貴、穩定性差和處理不完全(鮑欣.漆酶介體系統對含氮雜環化合物污染水體的修復[D].武漢科技大學，2013)(張元元.EK修復PAHs污染土壤及漆酶作為EK聯用技術的可行性研究[D].武漢科技大學，2014)(Korinna Kordon.Oxidative dehalogenation of chlorinated hydroxybiphenyls by laccases of white-rot fungi[J].International Biodeterioration&Biodegradation.2010)。

堆肥是利用各種植物殘體(作物秸桿、雜草、樹葉、泥炭、垃圾以及其它廢棄物等)或人畜糞尿為主要原料經堆制腐解而成的有機肥料，所含營養物質比較豐富，且肥效長而穩定，同時有利于促進土壤固粒結構的形成。同時，堆肥中富含腐植酸，這是堆肥肥力的重要來源。腐植酸是自然界中廣泛存在的大分子有機物質，分子結構十分復雜，含有各種功能基，其中主要是含氧的酸性功能基，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基和酚羥基。腐植酸分子上還有一定數量的自由基，具有生理活性。腐植酸與酶的結合能力較強，它們之間的相互作用對酶的活性和穩定性均有保護作用。鑒于堆肥的性質，利用堆肥修復污染土壤已有報道。但目前，大量研究都集中在處理重金屬領域(張翔.污泥生物炭基堆肥對錳污染土壤性質及其修復的影響[J].農業環境科學學報，2015)(陳寒松.堆肥修復土壤金屬污染研究進展[J].應用與環境生物學，2008)，利用堆肥處理有機物污染的報道并不多見，董芬(董芬.堆肥降解多環芳烴污染土壤修復技術研究[D].北京化工大學，2012)和余震(余震.五氯酚污染土壤的堆肥修復及其微生物群落組成研究[D].湖南大學，2012)分別研究了堆肥處理多環芳烴污染土壤和五氯酚污染土壤，但都存在處理周期長和降解不完全的問題，而且還存在中間產物繼續污染土壤的可能。

發明內容