专利名称：铁氧化物与腐殖质及其还原菌三元复合有机污染修复剂及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种有机污染修复剂及其制备方法，特别涉及一种可应用于土壤和河涌底泥原位有机污染物修复的铁氧化物与腐殖质及其还原菌三元复合修复剂及制备方法。
背景技术：
近年来，随着化肥农药的大量使用，石油、多环芳烃、有机氯等有机污染物的大量排放，导致我国土壤和水体的有机污染日益严重。土壤和水体中的有机污染物通过土壤一植物系统和农田灌溉由食物链进入人体，直接危及人体健康。因此，有机污染土壤和水体修复治理技术研究已成为当前国内外环保研究的热点。水体中的污染物往往大量沉积在底泥中，在底泥与上覆水体中形成一个动态平衡的体系，造成污染水体持续发黑发臭，因此，水体有机污染的修复关键在于底泥的修复。底泥的有机污染修复同土壤修复一样，采用异位修复方法均存在着工程实施困难、成本高昂、 易引起二次污染等问题，因此，各种强化微生物原位修复方法就成为人们治理土壤和水体有机污染的首选。微生物修复技术是指利用土著的或人工投加的功能微生物菌群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。微生物修复的实质是污染物生物降解或分解作用，即微生物催化的氧化还原过程。在功能微生物的作用下，有机污染物作为电子供体(如石油烃、多环芳烃、苯酚等)，与外源的电子受体(如氧气、铁氧化物、腐殖质等)间发生氧化还原反应，使目标污染物降解成无毒无害的物质。自然条件下，O2无疑是有机污染物氧化降解的最适合、最广泛的电子受体。然而， 氧气作为有机污染物氧化的电子受体，存在着一个重要的缺陷，即氧溶解度低、难以扩散的问题。一般来说，在淹水土壤或沉积物的2cm深度以下，就几乎检测不到氧气的存在。因此， 在微生物修复有机污染土壤和河涌底泥的工程实践中，往往会采用通风法向土壤和水体中补充氧气，其基本原理就在于源源不断地提供有机污染物氧化降解的电子受体。然而，通风法需要专门的机械并耗用大量的能量，从而导致成本高昂、实施不便。因此，如何在无需通氧的厌氧条件下，强化有机污染物的原位修复效率，是有机污染土壤和底泥修复发展与应用的关键所在。申请号为200910146695. 3的中国专利介绍了一种可加速有机氯降解的铁还原菌-矿物复合菌剂，该菌剂可在厌氧条件下实现狗(111)的还原，生成具有还原脱氯活性的狗(II)，从而促进土壤中有机氯的降解。虽然铁还原菌能在厌氧条件下为狗(III)的还原提供强大的驱动力，但有机污染物和铁氧化物之间的电子传递速率却仍有待提高，修复效率因此也受到限制。CN101602948A公开了一种多功能土壤修复剂，由芽阻杆菌、酵母菌、黄腐酸、人造腐殖酸、底基载体五部分组成，其功能为恢复被过量化学品损伤的土壤中的微生物数量，有效地改良土壤结构，促进土壤中被固化营养物质的释放，直接为土壤补充有机物营养，增加土壤综合地力。这种土壤修复剂只具有改善土壤肥力的功效，但对土壤中的有机污染物没有显著的修复效果。申请号为200810111145. 3的中国专利介绍了一种将多种功能微生物与腐殖质及微生物载体(如膨润土、硅藻土、海泡石、粉煤灰等)混合制备多功能土壤微生物修复剂，但其功能微生物、腐殖质、微生物载体三者间的功能相互独立，并没有起到协同促进的效果。经文献与专利检索，未发现利用铁氧化物与腐殖质及其还原菌制备三元复合修复剂的报道，并应用于土壤和河涌底泥有机污染修复的先例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可应用于土壤和河涌底泥原位有机污染修复的铁氧化物与腐殖质及其还原菌三元复合修复剂。本发明的另一个目的在于提供上述修复剂的制备方法。本发明所采取的技术方案是
一种三元复合有机污染修复剂，由腐殖质、铁氧化物及其还原菌组成，所述还原菌为腐殖质还原棒杆菌(Corynebacterium humireducens MFC5) CGMCC 2452 或成团泛菌(Pantoea agglomerans MFC3)CGMCC 2453。位于北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心于2008年4月14日收到申请人提交的腐殖质还原棒杆菌(Corynebacterium humireducens MFC5)禾口成团泛菌(Pantoea agglomerans MFC3)，并与同日鉴定存活，腐殖质还原棒杆菌(Corynebacterium humireducens MFC5) 的保藏号为=CGMCC 2452，建议的分类命名为腐殖质还原棒杆菌Corynehcterium humireducens ；成团泛菌(Pantoea agglomerans MFC3)的保藏号为CGMCC 2453，建议的
Pantoea agglomerans 腐殖质和铁氧化物的重量比为2 :5 5 :2，每克有机污染修复剂中，含有至少2亿个还原菌。一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，包括如下步骤
1)配制培养基按每升水中加入牛肉膏3 6g、蛋白胨8 13g、氯化钠9 14g的比例配置培养基，并调节其pH为7. 0 7. 5，高压灭菌得到液体培养基，备用；
2)摇瓶培养将权利要求1所述的菌种接种到含有上述液体培养基的摇瓶中二8 35°C好氧培养，得到摇瓶菌液；
3)种子罐发酵按1% 5%的接种量将摇瓶菌液接种至种子罐中，进行发酵培养，得到种子液；
4)发酵罐发酵按1% 5%的接种量将种子液接种至发酵罐中，得到发酵液；
5)铁氧化物与腐殖质及发酵液混合处理发酵结束后，收集所得菌液，将腐殖质、铁氧化物、发酵液三者混合处理，得到三元复合有机污染修复剂。优选的摇瓶培养的条件为转速150 250转/分钟、三角瓶装液量20 40%、培养时间15 20小时。优选的种子罐发酵的条件为罐温观 35°C、罐压0.02 0.06MPa、通气量 1 1. 0 1. 5 v/v/min、搅拌速度150 250转/分钟、发酵时间24 36小时。优选的发酵罐发酵的条件为罐温观 35°C、罐压0.02 0.06MPa、通气量 1 1. 0 1. 5 v/v/min、搅拌速度150 250转/分钟、发酵时间24 36小时。
优选的腐殖质、铁氧化物、发酵液三者的混合百分比为腐殖质10 40%，铁氧化物40 60%，发酵液10 40%。优选条件还包括在配置培养基时，添加有消泡剂。消泡剂为含硅泡敌XPJ960、聚醚消沫剂GPE或豆油，消泡剂可以单独使用，也可以混合使用。铁氧化物为水铁矿、针铁矿、纤铁矿、赤铁矿中的至少一种。为获得更佳的混合效果，可以将铁氧化物粉碎后过100目筛。本发明的有益效果是
本发明的微生物修复剂，即便在厌氧条件下，依然具有加速有机污染物降解的功效，对有机污染的土壤和河涌底泥具有很好的原位修复效果。本发明的微生物修复剂，所采用原料均来自于天然物质，对环境友好，不会造成二次污染。同时，本发明的微生物修复剂还可以很好地修复土壤和底泥的微生态环境。本发明的微生物修复剂，施用方法简单，无需挖掘与扰动原有环境，也无需通氧， 工程量低，费用省，易于大规模使用。本发明的修复剂制备方法，可以简便、快捷的得到微生物修复剂产品。
具体实施例方式一种三元复合有机污染修复剂，由腐殖质、铁氧化物及其还原菌组成，所述还原菌为腐殖质还原棒杆菌(CbiTfldacieriwBAwBireifocez7lS MFC5) CGMCC M52或成团泛菌 (Pantoea agglomerans MFC3) CGMCC 2453。本发明的有机污染修复剂，巧妙利用微生物在厌氧条件下，在胞内彻底氧化有机物释放电子，产生的电子经呼吸链传递到胞外电子受体(铁氧化物或腐殖质)使其还原，并产生能量维持微生物自身生长，从而实现在厌氧条件下微生物的增殖和有机污染物的原位降解。优选的，腐殖质和铁氧化物的重量比为2 :5 5 :2，每克修复剂中，含有至少2亿个还原菌。一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，包括如下步骤
1)配制培养基按每升水中加入牛肉膏3 6g、蛋白胨8 13g、氯化钠9 14g的比例配置培养基，并调节其pH为7. 0 7. 5，高压灭菌得到液体培养基，备用；
2)摇瓶培养将权利要求1所述的菌种接种到含有上述液体培养基的摇瓶中二8 35°C好氧培养，得到摇瓶菌液；
3)种子罐发酵按1% 5%的接种量将摇瓶菌液接种至种子罐中，进行发酵培养，得到种子液；
4)发酵罐发酵按1% 5%的接种量将种子液接种至发酵罐中，得到发酵液；
5)铁氧化物与腐殖质及发酵液混合处理发酵结束后，收集所得菌液，将腐殖质、铁氧化物、发酵液三者混合处理，得到三元复合有机污染修复剂。下面结合实施例，进一步说明本发明。以下实施例中，腐殖质还原棒杆菌、Corynebac terium humireducens MFC5)特指保藏号为CGMCC M52的菌种，成团泛菌(^Woea agglomerans MFC3)特指保藏号为 CGMCC 2453 的菌种。腐殖质为利用泥炭、褐煤、风化煤等低热值煤炭提取生产的腐殖酸产品。
实施例1
针铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂的制备 (1)培养基
牛肉膏5g，蛋白胨10g，氯化钠10g，自来水IOOOmL,加入消泡剂含硅泡敌XPJ960，调pH 7. 5，15磅压力与121°C下灭菌30分钟备用。(2)摇瓶培养
从保藏正常的腐殖质还原棒杆菌iforynebacterium humireducens MFC5)斜面培养基上挑取一环接种到装有细菌培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为温度35°C、转速 250转/分钟、三角瓶装液量30%、培养时间16小时； (3)种子罐发酵
按3%的接种量将腐殖质还原棒杆菌的摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养，条件为 罐温35°C、罐压0. 02MPa、通气量1: 1. 5 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间28小时。(4)发酵罐发酵
按5%的接种量将腐殖质还原棒杆菌的种子液移种到发酵罐，培养条件为罐温35°C、 罐压0. 02MPa、通气量1:1.5 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间28小时； (5)针铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌发酵液混合处理
发酵结束后，收集所得菌液，将针铁矿、腐殖质、腐殖质还原棒杆菌发酵液三者混合处理，各成分的重量百分比为腐殖质30%，针铁矿50%，发酵液20%，充分搅拌，混合均勻后分装。(6)产品质量检验
腐殖质还原棒杆菌菌数检测方法为稀释平板计数法。具体操作过程如下①称取针铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌的三元复合修复剂1. 0g，加入盛有99ml并装有玻璃珠的无菌生理盐水锥形瓶中，震荡10 20分钟，使复合菌剂中菌体均勻分散，制成10_2稀释度的稀释液；②按10倍稀释法进行稀释取盛有9ml无菌生理盐水试管6支，并依次编号为 10_3 10_7，用无菌移液管吸取1. Oml 10_2稀释液到一支盛有9ml无菌生理盐水试管中，用漩涡混合器震荡1分钟，使菌体均勻分散，制成10_3稀释液，用同样的方法制备10_4 10_7 稀释液；③用无菌移液管分别吸取0. Iml 10-5、10_6、10-7三个稀释液于相应编号已制备好的牛肉膏蛋白胨培养基平板上(每个稀释度做三个平行)，用无菌玻璃涂布棒将平板表面的菌液均勻向四周涂布扩散，将平板倒置于30°C恒温箱中培养；④M小时后每一个活菌细胞可以在平板上繁殖形成一个肉眼可见的菌落，根据平板上菌落的数目，计算每克混合菌剂中所含的活菌总数，计算公式如下
每克混合菌剂中活菌数=(同一稀释度的3个平板上菌落平均数X稀释倍数)/混合菌剂克数
结果显示，针铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂中活菌数为7. 9亿个/克。实施例2
水铁矿与腐殖质及成团泛菌三元复合修复剂制备 (1)培养基牛肉膏6g，蛋白胨9g，氯化钠9g，自来水IOOOmL,按0. 05%重量比加入消泡剂聚醚消沫剂GPE，调pH为7. 0，充分溶解，搅拌均勻后，在种子罐或发酵罐中经15磅压力与121 °C下灭菌40min，冷却至30°C备用。(2)摇瓶培养
从保藏正常的成团泛菌(Pantoea agglomerans MFC3)斜面培养基上挑取一环接种到装有细菌培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为温度30°C、转速200转/分钟、三角瓶装液量20%、培养时间20小时。(3)种子罐发酵
按洲的接种量将成团泛菌的摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养，条件为罐温30°C、 罐压0. 04MPa、通气量1:1.2 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间36小时。(4)发酵罐发酵
按3%的接种量将成团泛菌的种子液移种到发酵罐，培养条件为罐温30°C、罐压 0. 04MPa、通气量1:1.2 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间36小时； (5)水铁矿与腐殖质及成团泛菌发酵液混合处理
发酵结束后，收集所得菌液，将针铁矿、腐殖质、成团泛菌发酵液三者混合处理，各成分的重量百分比为腐殖质25%，针铁矿60%，发酵液15%，充分搅拌，混合均勻后分装。(6) 产品质量检验
产品中成团泛菌活菌数检验方法同实施例1。结果显示，水铁矿与腐殖质及成团泛菌三元复合修复剂中活菌数为5.3亿个/克。实施例3
赤铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂制备 (1)培养基
牛肉膏4g，蛋白胨12g，氯化钠12g，自来水IOOOmL,加入消泡剂豆油，调pH 7. 3，15磅压力与121°C下灭菌30分钟备用。(2)摇瓶培养
从保藏正常的腐殖质还原棒杆菌iforynebacterium humireducens MFC5；斜面培养基上挑取一环接种到装有细菌培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为温度^°C、转速 200转/分钟、三角瓶装液量30%、培养时间18小时。(3)种子罐发酵
按3%的接种量将腐殖质还原棒杆菌的摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养，条件为 罐温35°C、罐压0. 06MPa、通气量1: 1. 5 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间24小时。(4)发酵罐发酵
按3%的接种量将腐殖质还原棒杆菌的种子液移种到发酵罐，培养条件为罐温35°C、 罐压0. 02MPa、通气量1 1 v/v/min、搅拌速度200转/分钟、发酵时间36小时； (5)赤铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌发酵液混合处理
发酵结束后，收集所得菌液，将赤铁矿、腐殖质、腐殖质还原棒杆菌发酵液三者混合处理，各成分的重量百分比为腐殖质10%，赤铁矿60%，发酵液30%，充分搅拌，混合均勻后分装。
经检测，三元复合修复剂中活菌数为10. 4亿个/克。实施例4
纤铁矿与腐殖质及成团泛菌三元复合修复剂制备 (1)培养基
牛肉膏3g，蛋白胨13g，氯化钠14g，自来水IOOOmL,按0. 05%重量比加入消泡剂聚醚消沫剂GPE，调pH为7. 5，充分溶解，搅拌均勻后，在种子罐或发酵罐中经15磅压力与121 °C下灭菌30分钟，冷却至30°C备用。(2)摇瓶培养
从保藏正常的成团泛菌(Pantoea agglomerans MFC3)斜面培养基上挑取一环接种到装有细菌培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为温度30°C、转速200转/分钟、三角瓶装液量40%、培养时间15小时。(3)种子罐发酵
按洲的接种量将成团泛菌的摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养，条件为罐温30°C、 罐压0. 04MPa、通气量1:1.2 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间30小时。(4)发酵罐发酵
按5%的接种量将成团泛菌的种子液移种到发酵罐，培养条件为罐温30°C、罐压 0. 04MPa、通气量1:1.2 v/v/min、搅拌速度250转/分钟、发酵时间36小时； (5)纤铁矿与腐殖质及成团泛菌发酵液混合处理
发酵结束后，收集所得菌液，将纤铁矿、腐殖质、成团泛菌发酵液三者混合处理，各成分的重量百分比为腐殖质40%，纤铁矿20%，发酵液40%，充分搅拌，混合均勻后分装。经检测，三元复合修复剂中活菌数为11. 6亿个/克。出于生产的简便性，上述实施例中，使用的铁氧化物均为单一的铁矿物，但是这并不意味着铁氧化物的混合物不可以使用。有机污染物去除试验
针铁矿-腐殖质-腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂降解土壤五氯酚的效果按5g/kg 土称取实施例1制备所得的针铁矿与腐殖质及腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂，投放到含有10mg/kg五氯酚的土壤中，充分混合均勻，0 30天内测定并记录其五氯酚含量(单位为mg/kg)，结果见表1 :
表1.针铁矿-腐殖质-腐殖质还原棒杆菌三元复合修复剂对五氯酚降解效果(mg/kg)
权利要求
1.一种三元复合有机污染修复剂，由腐殖质、铁氧化物及其还原菌组成，所述还原菌为腐殖质还原棒杆菌(CbiTfldacieriWBAWBireifocez7lS MFC5) CGMCC M52或成团泛菌 (Pantoea agglomerans MFC3) CGMCC 2453。
2.根据权利要求1所述的一种三元复合有机污染修复剂，其特征在于腐殖质和铁氧化物的重量比为2 :5 5 :2，每克修复剂中，含有至少2亿个还原菌。
3.—种三元复合有机污染修复剂的制备方法，包括如下步骤配制培养基按每升水中加入牛肉膏3 6g、蛋白胨8 13g、氯化钠9 14g的比例配置培养基，并调节其pH为7. 0 7. 5，高压灭菌得到液体培养基，备用；摇瓶培养将权利要求1所述的菌种接种到含有上述液体培养基的摇瓶中，观 35°C 好氧培养，得到摇瓶菌液；种子罐发酵按1% 5%的接种量将摇瓶菌液接种至种子罐中，进行发酵培养，得到种子液；发酵罐发酵按1% 5%的接种量将种子液接种至发酵罐中，得到发酵液；铁氧化物与腐殖质及发酵液混合处理发酵结束后，收集所得菌液，将腐殖质、铁氧化物、发酵液三者混合处理，得到三元复合有机污染修复剂。
4.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于摇瓶培养的条件为转速150 250转/分钟、三角瓶装液量20 40%、培养时间15 20小时。
5.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于种子罐发酵的条件为罐温28 ;35°C、罐压0. 02 0. 06MPa、通气量1 1. 0 1. 5 v/v/min、搅拌速度150 250转/分钟、发酵时间M 36小时。
6.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于发酵罐发酵的条件为罐温28 ;35°C、罐压0. 02 0. 06MPa、通气量1 1. 0 1. 5 v/v/min、搅拌速度150 250转/分钟、发酵时间M 36小时。
7.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于腐殖质、铁氧化物、发酵液三者的混合百分比为腐殖质10 40%，铁氧化物40 60%，发酵液 10 40% O
8.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于在配置培养基时，还添加有消泡剂。
9.根据权利要求8所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于消泡剂为含硅泡敌XPJ960、聚醚消沫剂GPE或豆油。
10.根据权利要求3所述的一种三元复合有机污染修复剂的制备方法，其特征在于铁氧化物为水铁矿、针铁矿、纤铁矿、赤铁矿中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种可应用于土壤和河涌底泥原位有机污染修复的铁氧化物与腐殖质及其还原菌三元复合修复剂及其制备方法。通过发酵扩大培养铁还原菌并与铁氧化物、腐殖质混合均匀即可得到本发明的修复剂。本发明的微生物修复剂，可在厌氧条件下加速有机污染物降解的功效，对有机污染土壤和黑臭河涌底泥具有很好的原位修复效果。原料均来自于天然物质，对环境友好，不会造成二次污染。本发明的微生物修复剂，施用方法简单，无需挖掘与扰动原有环境，也无需通氧，工程量低，费用省，易于大规模使用。本发明的修复剂制备方法，可以简便、快捷地获得微生物修复剂产品。
文档编号C02F11/02GK102443400SQ20111032320
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月22日 优先权日2011年10月22日
发明者周顺桂, 徐荣险, 李芳柏, 王跃强 申请人:广东省生态环境与土壤研究所