四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的增效洗脫修復(fù)方法
【專利說明】四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的增效洗脫修復(fù)方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于有機-無機復(fù)合污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染土壤的增效洗脫修復(fù)方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對畜禽供給量的需求也逐年增加。因而，許多飼料廠和規(guī)?；B(yǎng)殖場在經(jīng)濟(jì)利益的催動下，為了促進(jìn)動物的快速生長和預(yù)防疾病的爆發(fā)，普遍在飼料中添加了大量含有重金屬的四環(huán)素類抗生素。由于畜禽對四環(huán)素體內(nèi)吸收利用的生物有效性較低，大部分四環(huán)素往往被畜禽以母體或代謝物的形式直接或間接的隨糞便、尿液等排泄物進(jìn)入到土壤環(huán)境中，造成了大批在我國農(nóng)村地區(qū)或城郊養(yǎng)殖場附近的四環(huán)素和重金屬復(fù)合污染場地。這些場地中存在的高濃度四環(huán)素和多種重金屬復(fù)合污染物將會通過食物鏈對食物安全和人體健康產(chǎn)生較嚴(yán)重的隱患(致癌、致畸和致突變等)，甚至以及由此誘導(dǎo)出現(xiàn)的土壤中高豐度四環(huán)素類抗性基因也會通過食物鏈的傳遞作用“悄無聲息”的嚴(yán)重影響人類得病后使用抗生素治療成功的概率。此類復(fù)合污染物已成為人類身邊顯現(xiàn)或隱現(xiàn)的“化學(xué)定時炸彈”，是當(dāng)前亟需解決的土壤環(huán)境問題。增效洗脫修復(fù)技術(shù)因其修復(fù)效率高、周期短、成本低等特點，被認(rèn)為是污染土壤修復(fù)的一種有效手段，然而針對高濃度抗生素和多種重金屬復(fù)合場地污染土壤的洗脫修復(fù)技術(shù)研發(fā)則相對較少，并且兼顧考慮環(huán)境安全和風(fēng)險來集成研發(fā)洗脫后土壤微生物生態(tài)功能恢復(fù)的技術(shù)則更加稀少。因此，針對此類復(fù)合污染土壤，開展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的增效洗脫修復(fù)技術(shù)研發(fā)尤為迫切。
[0005]目前現(xiàn)有四環(huán)素污染環(huán)境介質(zhì)的修復(fù)對象主要是針對水體環(huán)境，專利申請?zhí)?CN201410325850、CN201410042276、CN201310011876 、CN201410083651 和 CN200710025044分別采用特定的吸附材料、氧化試劑、修復(fù)植物、降解菌和紫外-可見光強化降解去除和修復(fù)水體中的四環(huán)素。然而現(xiàn)有針對四環(huán)素污染土壤的修復(fù)技術(shù)非常稀少，申請?zhí)?CN201410348058提供了一種菌根真菌菌劑及其在降解殘留四環(huán)素類抗生素方面應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)先在四環(huán)素類抗生素污染的土壤中接種菌根真菌菌劑，再在該土壤中播種宿主植物，從而構(gòu)建四環(huán)素類抗生素污染的土壤修復(fù)體系，但該技術(shù)并未兼顧考慮抗生素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染土壤的情況，該降解菌并未顯示出是否可以繼續(xù)耐受高濃度重金屬的毒害，也未顯示出是否可以在土壤中高豐度抗性基因表達(dá)的情況下繼續(xù)發(fā)揮降解作用。申請?zhí)?CN201410311296提供了一種畜禽糞便中四環(huán)素抗性基因污染處理方法及裝置。該方法采用高溫處理、厭氧缺氧培養(yǎng)、高PH處理和強光照處理等方式，通過連續(xù)串聯(lián)或部分串聯(lián)技術(shù)的操作，可減少90%以上畜禽糞便中的四環(huán)素抗性基因污染，但該方法只針對四環(huán)素抗性基因的去除進(jìn)行了研發(fā)，并未兼顧考慮四環(huán)素與重金屬復(fù)合污染的情況，。
[0006]通過相關(guān)文獻(xiàn)查閱和專利檢索，并未發(fā)現(xiàn)有關(guān)四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的增效洗脫修復(fù)技術(shù)的公開發(fā)表和受理，與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是表面活性劑洗脫技術(shù)，申請?zhí)?200710010441.X提供了一種重金屬污染土壤淋洗裝置及其方法，但該方法只針對重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)，而對于四環(huán)素和重金屬復(fù)合污染土壤淋洗修復(fù)效果缺乏驗證；申請?zhí)?CN201010558286.7提供了一種淋洗修復(fù)有機-無機復(fù)合污染土壤的方法，該方法主要使用十二烷基硫酸鈉和二乙胺二琥珀酸淋洗污染土壤，但該方法針對的有機污染物主要是氯苯類和三氯乙烯類有機污染物，針對的重金屬主要是銅和鉻污染土壤，采用的是化學(xué)淋洗劑，對修復(fù)后土壤具有潛在的二次環(huán)境風(fēng)險；申請?zhí)?CN200810123622和CN201210486441.8分別提供了一種淋洗修復(fù)重金屬一有機物復(fù)合污染土壤的方法和一種多環(huán)芳烴與重金屬復(fù)合污染場地土壤的化學(xué)-微生物聯(lián)合修復(fù)方法，該兩種方法都是針對多環(huán)芳烴與重金屬的復(fù)合污染土壤修復(fù)，缺少對于四環(huán)素和多種重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的效用驗證。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)存在的主要缺陷是:缺乏同時針對高濃度四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染土壤的協(xié)同增效洗脫技術(shù)、選用的化學(xué)洗脫劑環(huán)境友好性較差、污染物去除效果不徹底和洗脫后土壤環(huán)境生態(tài)功能恢復(fù)效果不理想，相關(guān)的協(xié)同配套修復(fù)技術(shù)研發(fā)明顯跟進(jìn)不足等，因而現(xiàn)有技術(shù)市場運用前景并不明朗。
[0008]缺陷產(chǎn)生的主要原因有:近年來，許多飼料廠和畜禽養(yǎng)殖場為了促進(jìn)動物的快速生長和預(yù)防疾病的爆發(fā)，普遍在飼料中添加了大量含有重金屬成份的四環(huán)素類抗生素藥物，許多含有四環(huán)素母體或代謝物的藥物隨畜禽糞便排出體外堆積至土壤中，由于未能及時有效的處理此類畜禽糞便的排泄物，出現(xiàn)了大批在我國農(nóng)村地區(qū)或城郊養(yǎng)殖場附近的四環(huán)素和重金屬復(fù)合污染場地土壤；前期科技人員對此類污染土壤關(guān)注度較少，尤其是在四環(huán)素和重金屬復(fù)合污染條件下誘發(fā)的高豐度抗性基因的新型土壤污染情況關(guān)注更少，因而現(xiàn)有可供選用的針對性修復(fù)技術(shù)研發(fā)嚴(yán)重滯后；現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)主要針對原先污染濃度相對較低的農(nóng)田土壤，而對于污染濃度較高的場地土壤，修復(fù)效果欠佳；現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)對于修復(fù)后土壤環(huán)境微生物生態(tài)功能多樣性和穩(wěn)定性的恢復(fù)兼顧考慮較少。因此，研發(fā)環(huán)境友好的增效洗脫修復(fù)技術(shù)，對于解決當(dāng)下我國大量四環(huán)素和重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染土壤的環(huán)境問題具有重要的社會價值和科學(xué)意義。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]解決的技術(shù)問題:本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的增效洗脫修復(fù)方法，該方法對污染土壤中總量四環(huán)素、多種重金屬和四環(huán)素抗性基因等污染物具有廣譜性的協(xié)同高效去除效果，洗脫修復(fù)結(jié)束后，土壤生態(tài)環(huán)境功能多樣性與穩(wěn)定性得到顯著恢復(fù)，是一種兼具環(huán)境友好性的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。
[0011]技術(shù)方案:四環(huán)素與重金屬復(fù)合高豐度抗性基因污染場地土壤的增效洗脫修復(fù)方法，先對污染土壤顆粒進(jìn)行破碎篩分，得到粒徑不超過2_的土粒；再將土粒置于土壤多元異位修復(fù)設(shè)備中，加入質(zhì)量濃度為0.5-1.0 g L—1的草魚精子DNA干粉洗脫液，投加進(jìn)入土壤多元異位修復(fù)設(shè)備中的用量為污染土壤體積的2-4倍，同時采用超聲強化和升溫處理的方式，進(jìn)行連續(xù)異位增效洗脫，具體洗脫方法為:調(diào)節(jié)土壤多元異位修復(fù)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，開啟加熱器，同時開啟超聲發(fā)射儀，攪拌停止后，將設(shè)備內(nèi)的上層液體分離，而對下層土壤懸液體系以板框壓濾實現(xiàn)土水分離，完成一次洗脫修復(fù)，重復(fù)I?2次；再對洗脫后土壤施加N/P營養(yǎng)源緩沖液；人工培養(yǎng)土壤微生物生長完成修復(fù)。
[0012]所述使用的洗脫液具體為質(zhì)量濃度為0.5 g L—1的草魚精子DNA干粉。
[0013]所述施加營養(yǎng)源緩沖液具體指對洗脫后土壤在45-60天內(nèi)分1-2次施加等同于土壤質(zhì)量 10%-20% 的 N/P 營養(yǎng)源緩沖液，由 30.0 g N -Γ1 的 NH4NOjP 3.0 g P.L ―1 的 K 2ΗΡ04/KH2PO4組成，緩沖液pH值調(diào)控在6.4±0.1，營養(yǎng)源的N/P質(zhì)量比例為10:1。
[0014]所述人工培養(yǎng)生長時間為自然條件下25°C暗光培養(yǎng)45-60天后，完成整體修復(fù)過程。此條件下洗脫后土壤微生物生態(tài)功能多樣性恢復(fù)情況最佳。
[0015]所述調(diào)節(jié)土壤多元異位修復(fù)設(shè)備的轉(zhuǎn)速至25-50rpm，同時開啟加熱器加熱至20±2~50±2°C，持續(xù)30-60min，并打開功率為100_200kHz的超聲發(fā)射儀，持續(xù)10_20min，產(chǎn)生升溫和超聲強化的協(xié)同去除效果。攪拌停止后，將設(shè)備內(nèi)的上層液體分離，而對下層土壤懸液體系以板框壓濾實現(xiàn)土水分離，重復(fù)2次后，完成洗脫修復(fù)環(huán)節(jié)。
[0016]此時四環(huán)素和多種重金屬濃度均降低至相同理化性質(zhì)清潔土壤樣品含量濃度以下，洗脫后土壤中Pb、Cd、Cr、Zn、Cu、Ni均以殘渣態(tài)形式存在，四環(huán)素抗性基因絕對拷貝數(shù)穩(wěn)定在12以下。
[0017]本發(fā)明的工作原理是:1、草魚精子DNA脫氧核糖核酸是一種具有雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)的生物大分子，由脫氧核糖及四種含氮堿基組成，并含有大量的磷酸基團(tuán)，具有親脂和親水的雙重特性；2、水溶性的草魚精子DNA作為洗脫劑后，其雙螺旋結(jié)構(gòu)可有效包裹和增溶土壤中極性有機污染物類的四環(huán)素藥物；3、其DNA螺旋結(jié)構(gòu)上的磷酸基團(tuán)解離后在水溶液中帶負(fù)電荷，可同時絡(luò)合多種重金屬離子和帶正電荷的四環(huán)素，促進(jìn)重金屬和四環(huán)素從土壤顆粒固相向水相的解吸遷移能力，提高洗脫去除率的作