[发明专利]基于堆肥强化漆酶的被持久性有机物污染的土壤修复方法

说明书

技术领域

本发明属于被持久性有机物污染的土壤修复技术领域。具体涉及一种基于堆肥强化漆酶的被持久性有机物污染的土壤修复方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人类工业或农业生产过程中产生的各种污染物通过不同途径进入土壤环境，最终超过土壤自净能力，使土壤质量与功能发生变化。而且土壤还是农产品和一些生物的营养来源，污染物会通过食物链发生传递和迁移，最终危及人类及其他生物的生存和发展。土壤中有机污染物如氮杂环化合物(NHCs)、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)，因为有毒、难降解、不易受代谢过程破坏，以及致癌、致畸、致突变的性质受到环境工作者的重视。

NHCs是分子中含有氮原子的杂环结构有机化合物，属于污染面广、毒性较大的一类难降解有机物，广泛存在于土壤和废水中，常见的NHCs主要有吡咯、吲哚、吡啶、喹啉、异喹啉及其衍生物等，由于其难以生物降解，常常导致常规的生物处理系统处理效果不够理想。PAHs是有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，近代工农业的快速发展使得PAHs随着大气湿沉降、污水灌溉等途径最终大部分汇聚于土壤与地下水中，导致严重的土壤和地下水污染，是重要的环境和食品污染物。PCBs是一类人工合成的氯代芳香烃类持久性有机污染物，是高憎水化合物，具有高亲脂性、生物蓄积性、化学稳定性和半挥发性，易于在环境中循环，主要循环过程涉及污染场地的PCBs向大气挥发扩散，经大气远距离输送并通过干湿沉降进入土壤和水体环境。因此，研究土壤中持久性有机物的修复技术契合当前土壤污染修复的需求，具有重要的现实意义。

近年来，土壤污染修复越来越受到人们的关注。酶修复技术是直接利用某种特定外源微生物酶的降解能力净化污染土壤。与传统的物理化学方法相比，酶修复技术具有效率高、环境友好、无二次污染和易操作等优点。直接采用酶进行污染修复比微生物处理和植物处理更具有优势。如酶对环境中营养等条件要求不高；酶可降解一些特定的污染物。但是酶修复技术也有一些限制：酶或会被土壤蛋白酶所降解；酶或不稳定而易失活；酶会被土壤蛋白酶所降解和不稳定而易失活。

漆酶是一种糖蛋白，利用分子氧通过自由基催化反应机制来催化氧化各种酚类和非酚类化合物。通过插入介体，可以使漆酶能够催化氧化非酚类物质，对介体的研究表明：在绝大多数非天然介体中都存在着N-OH的共同结构特征，而正是N-OH能够在漆酶的作用下生成自由基，然后通过生成的自由基去攻击大分子底物或者非酚型底物。有研究表明，漆酶修复NHCs、PAHs、PCBs类污染土壤具有良好的处理效果，但也存在一些问题，例如介体物质昂贵、稳定性差和处理不完全(鲍欣.漆酶介体系统对含氮杂环化合物污染水体的修复[D].武汉科技大学，2013)(张元元.EK修复PAHs污染土壤及漆酶作为EK联用技术的可行性研究[D].武汉科技大学，2014)(Korinna Kordon.Oxidative dehalogenation of chlorinated hydroxybiphenyls by laccases of white-rot fungi[J].International Biodeterioration&Biodegradation.2010)。

堆肥是利用各种植物残体(作物秸杆、杂草、树叶、泥炭、垃圾以及其它废弃物等)或人畜粪尿为主要原料经堆制腐解而成的有机肥料，所含营养物质比较丰富，且肥效长而稳定，同时有利于促进土壤固粒结构的形成。同时，堆肥中富含腐植酸，这是堆肥肥力的重要来源。腐植酸是自然界中广泛存在的大分子有机物质，分子结构十分复杂，含有各种功能基，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羟基。腐植酸分子上还有一定数量的自由基，具有生理活性。腐植酸与酶的结合能力较强，它们之间的相互作用对酶的活性和稳定性均有保护作用。鉴于堆肥的性质，利用堆肥修复污染土壤已有报道。但目前，大量研究都集中在处理重金属领域(张翔.污泥生物炭基堆肥对锰污染土壤性质及其修复的影响[J].农业环境科学学报，2015)(陈寒松.堆肥修复土壤金属污染研究进展[J].应用与环境生物学，2008)，利用堆肥处理有机物污染的报道并不多见，董芬(董芬.堆肥降解多环芳烃污染土壤修复技术研究[D].北京化工大学，2012)和余震(余震.五氯酚污染土壤的堆肥修复及其微生物群落组成研究[D].湖南大学，2012)分别研究了堆肥处理多环芳烃污染土壤和五氯酚污染土壤，但都存在处理周期长和降解不完全的问题，而且还存在中间产物继续污染土壤的可能。

发明内容