[发明专利]一种生物炭固定化降解菌剂填料柱装置及其应用

说明书

本发明公开了一种生物炭固定化降解菌剂填料柱装置及其在多环芳烃污染土壤中的应用。所述生物炭固定化降解菌剂填料柱装置包括与促生剂投加管连通的至少一根多孔填料柱，每根多孔填料柱内填充有生物炭固定化降解菌剂填料；所述生物炭固定化降解菌剂填料采用生物炭载体负载生物炭固定化降解菌剂，所述生物炭固定化降解菌剂中含有功能降解菌株，包括芽孢杆菌、成团泛菌及苍白杆菌。生物炭固定化降解菌剂填料所负载的功能降解菌株利用所投加的促生剂进行生长和繁殖，使其快速适应污染土壤环境而成为优势群落，强化对多环芳烃类污染物的降解去除效果。

技术领域

本发明涉及一种多环芳烃污染土壤修复生物炭固定化降解菌剂填料柱装置及其应用，属于有机污染土壤修复技术领域。

背景技术

多环芳烃具有难降解性、致癌性和生物累积等特性，对环境生态系统会造成广泛性和持久性污染效应。多环芳烃进入土壤环境后，由于自身强疏水性，能够与土壤颗粒紧密结合，影响其微生物降解过程，同时也可降低其生物可利用性。土壤中的多环芳烃能够被植物根系吸收，然后通过植物生长和蒸腾作用迁移至嫩芽和果实，然后通过人体食用进入身体，进而损伤人体器官，危害人体健康。

目前，有机污染土壤修复技术主要包括物理、化学和生物方法，物理和化学修复方法往往存在二次污染的问题，且预处理和后处理要求高、分析复杂、操作困难。相比之下，生物修复技术可有效地克服这些问题，利用细菌和真菌等对多环芳烃物质进行分解代谢，并降解转化为CH₄、CO₂、H₂O等，具有环境友好、效益明显、无二次污染等优点。尽管如此，生物修复存在速率慢、周期长等不足，难以满足当前污染土壤的实际修复需求，尽管已有报道尝试采用筛选分离的具有良好降解性能的功能菌株，并通过生物驯化和生物强化等过程进行污染土壤的生物修复，但仍存在功能降解菌株在污染土壤环境下定殖难，活性低，与土壤固有微生物生存竞争能力差等问题。基于此，寻找具有多孔结构的载体将功能降解菌株进行固定化，并将其装填制备成多孔柱状反应器装置，将多个多孔填料柱反应器植入污染土壤修复区域，一方面有利于功能降解菌株在污染土壤中进行原位定殖，另一方面填料柱中的多孔结构载体可增强有机污染物的迁移，强化功能降解菌株与有机污染物间的接触和反应，实现有机污染土壤的有效原位修复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：传统的游离降解菌剂在污染土壤修复时存在活性低和易流失等不足，且与土壤固有微生物之间生存竞争能力弱，而载体固定化降解菌剂一定程度上可缓解游离降解菌剂所存在的这些问题，但在实际应用时需与污染土壤先进行异位混合，然后进行回填养护，操作复杂，工作量大。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种生物炭固定化降解菌剂填料柱装置，其包括与促生剂投加管连通的至少一根多孔填料柱，每根多孔填料柱内填充有生物炭固定化降解菌剂填料；所述生物炭固定化降解菌剂填料采用生物炭载体负载生物炭固定化降解菌剂，所述生物炭固定化降解菌剂中含有功能降解菌株，包括芽孢杆菌、成团泛菌及苍白杆菌。本发明中的苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.25494，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期：2022年08月05日。

优选地，所述多孔填料柱的材质为穿孔PVC管，生物炭固定化降解菌剂填料的规格为3～5mm，多孔填料柱内生物炭固定化降解菌剂填料的装填密度为5～12kg/m³；每根多孔填料柱的直径为10～15cm，服务有效面积为2～4m²。

优选地，所述芽孢杆菌、成团泛菌、苍白杆菌的负载量均为1～2wt％。

优选地，所述的生物炭载体为纤维素生物质经水热碳化后所得固体。

更优选地，所述水热碳化的温度为260℃，时间为2h。

本发明还提供了上述生物炭固定化降解菌剂填料柱装置在多环芳烃污染土壤中的应用。