[发明专利]一种复合高温菌剂及其在塑料降解中的应用

说明书

本发明公开了一种复合高温菌剂及其在塑料降解中的应用。本发明中的复合高温菌剂含有嗜热铁还原菌和铁矿物。该复合高温菌剂可以在有氧条件下使微生物直接利用有机固体废弃物中的营养物质进行生长和繁殖，并通过将复合高温菌剂中的铁矿物的Fe(II)氧化成Fe(III)，并产生·OH，破坏塑料材料表面疏水性，促进堆肥中微塑料的氧化降解。在缺氧条件下，嗜热铁还原菌将Fe(III)被还原成Fe(II)。因此，通过改变堆肥过程好氧‑缺氧区域的动态变化，可以推动堆肥中铁氧化还原循环产·OH的持续进行，实现堆肥微塑料的高效去除。

技术领域

本发明属于环境净化领域，具体涉及一种复合高温菌剂及其在塑料降解中的应用。

背景技术

微塑料(MPs)是指尺寸小于5mm的塑料颗粒，是现今分布广泛的新型污染物。MPs粒径小、数量多，且多含有毒添加剂，使其在环境中容易被生物误食或吸收从而造成生理损伤，而且还容易吸附其他污染物，形成污染物复合体，在环境中迁移，并通过食物链危害人类健康。MPs主要存在于生活垃圾、粪便和城市污泥等有机固废中。据调查发现，城市污泥中的微塑料浓度可达到1.6～5.6×10⁴个每千克污泥(干重)，每年约有4.4～43万吨MPs会随着有机固废填埋、土地利用或其他垃圾处理工序进入土壤环境中，从而改变土壤物理化学性质，破坏土壤功能及生物多样性，引发生态和食物链风险。

堆肥能够促进有机质的腐殖化，是有机固废资源化的重要手段，也是防止有机固废中污染物进入土壤等环境的一道重要“屏障”。堆肥的实质是利用微生物驱动的有机物腐殖质化和污染物降解，并产生热能的过程，在相关文件中，堆肥能够有效去除有机固废中的五氯苯酚、消除抗生素和抗性基因，具有极好的环境净化作用。然而，由于MPs多为疏水性强的高分子聚合物，大多数微生物在自然环境中对其降解率低，导致实际堆肥过程中无法去除微塑料。

因此，开发一种能够提高有机固废堆肥过程微塑料的去除效率的菌剂对于微塑料污染的防控和土壤生态环境保护具有重要的实践意义。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种复合高温菌剂及其在塑料降解中的应用。本发明中的复合高温菌剂含有嗜热铁还原菌和铁矿物，嗜热铁还原菌会利用堆肥中有机固体废弃物的营养物质进行生长繁殖，并在堆肥好氧-缺氧反应动态变化过程中驱动铁氧化还原循环，利用铁矿物产生大量的·OH(羟基自由基)，破坏堆肥中的微塑料材料表面疏水性，促进堆肥中微塑料的氧化降解，实现堆肥微塑料的高效去除。

本发明中的第一个方面，提供一种复合高温菌剂，该复合高温菌剂含有铁还原菌和铁矿物。

羟基自由基(·OH)是环境中常见的瞬态自由基，也是氧化性最强的活性氧自由基(ROS)，对驱动环境中污染物的转化起着不可忽视的作用。由于环境中的Fe(II)矿物和还原性有机物受到扰动时可与O₂反应，经芬顿和Haber-Weiss等途径会产生大量·OH。这些·OH能促使MPs发生化学键断裂，并深度矿化为水和二氧化碳。在好氧-厌氧交替环境中，铁还原菌驱动的铁氧化还原循环可促进环境中·OH持续产生，实现环境污染物的有效去除。相关技术中，微生物-铁氧化还原循环产·OH体系都只能在常温条件(温度40℃)下进行，难以适用于堆肥等高温环境中。对于本发明，不仅能利用有机固体废弃物的高温堆肥为微生物生长提供所需要的营养物质，而且还能够借由堆肥过程中传质不均使到达堆肥颗粒核心的氧极低，在堆肥颗粒中形成微生物驱动铁氧化还原循环反应所需的好氧-缺氧反应界面，并随着堆肥温度、含水率、曝气量、翻堆等变化，好氧-缺氧反应界面呈动态变化，从而可以得到一种便于控制的、可适用于高温堆肥的微生物-铁矿物介导的塑料降解体系。

根据本发明的第一个方面，在本发明的一些实施方式中，所述铁还原菌为嗜热铁还原菌。

在本发明的一些优选实施方式中，所述铁还原菌为兼性好氧菌。