四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的增效洗脱修复方法
【专利说明】四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的增效洗脱修复方法
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技术领域
[0002]本发明属于有机-无机复合污染土壤修复技术领域，尤其涉及四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染土壤的增效洗脱修复方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]近年来，随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对畜禽供给量的需求也逐年增加。因而，许多饲料厂和规模化养殖场在经济利益的催动下，为了促进动物的快速生长和预防疾病的爆发，普遍在饲料中添加了大量含有重金属的四环素类抗生素。由于畜禽对四环素体内吸收利用的生物有效性较低，大部分四环素往往被畜禽以母体或代谢物的形式直接或间接的随粪便、尿液等排泄物进入到土壤环境中，造成了大批在我国农村地区或城郊养殖场附近的四环素和重金属复合污染场地。这些场地中存在的高浓度四环素和多种重金属复合污染物将会通过食物链对食物安全和人体健康产生较严重的隐患(致癌、致畸和致突变等)，甚至以及由此诱导出现的土壤中高丰度四环素类抗性基因也会通过食物链的传递作用“悄无声息”的严重影响人类得病后使用抗生素治疗成功的概率。此类复合污染物已成为人类身边显现或隐现的“化学定时炸弹”，是当前亟需解决的土壤环境问题。增效洗脱修复技术因其修复效率高、周期短、成本低等特点，被认为是污染土壤修复的一种有效手段，然而针对高浓度抗生素和多种重金属复合场地污染土壤的洗脱修复技术研发则相对较少，并且兼顾考虑环境安全和风险来集成研发洗脱后土壤微生物生态功能恢复的技术则更加稀少。因此，针对此类复合污染土壤，开展具有我国自主知识产权的增效洗脱修复技术研发尤为迫切。
[0005]目前现有四环素污染环境介质的修复对象主要是针对水体环境，专利申请号:CN201410325850、CN201410042276、CN201310011876 、CN201410083651 和 CN200710025044分别采用特定的吸附材料、氧化试剂、修复植物、降解菌和紫外-可见光强化降解去除和修复水体中的四环素。然而现有针对四环素污染土壤的修复技术非常稀少，申请号:CN201410348058提供了一种菌根真菌菌剂及其在降解残留四环素类抗生素方面应用的技术，该技术先在四环素类抗生素污染的土壤中接种菌根真菌菌剂，再在该土壤中播种宿主植物，从而构建四环素类抗生素污染的土壤修复体系，但该技术并未兼顾考虑抗生素与重金属复合高丰度抗性基因污染土壤的情况，该降解菌并未显示出是否可以继续耐受高浓度重金属的毒害，也未显示出是否可以在土壤中高丰度抗性基因表达的情况下继续发挥降解作用。申请号:CN201410311296提供了一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法及装置。该方法采用高温处理、厌氧缺氧培养、高PH处理和强光照处理等方式，通过连续串联或部分串联技术的操作，可减少90%以上畜禽粪便中的四环素抗性基因污染，但该方法只针对四环素抗性基因的去除进行了研发，并未兼顾考虑四环素与重金属复合污染的情况，。
[0006]通过相关文献查阅和专利检索，并未发现有关四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的增效洗脱修复技术的公开发表和受理，与本发明最接近的现有技术是表面活性剂洗脱技术，申请号:200710010441.X提供了一种重金属污染土壤淋洗装置及其方法，但该方法只针对重金属复合污染土壤的修复，而对于四环素和重金属复合污染土壤淋洗修复效果缺乏验证；申请号:CN201010558286.7提供了一种淋洗修复有机-无机复合污染土壤的方法，该方法主要使用十二烷基硫酸钠和二乙胺二琥珀酸淋洗污染土壤，但该方法针对的有机污染物主要是氯苯类和三氯乙烯类有机污染物，针对的重金属主要是铜和铬污染土壤，采用的是化学淋洗剂，对修复后土壤具有潜在的二次环境风险；申请号:CN200810123622和CN201210486441.8分别提供了一种淋洗修复重金属一有机物复合污染土壤的方法和一种多环芳烃与重金属复合污染场地土壤的化学-微生物联合修复方法，该两种方法都是针对多环芳烃与重金属的复合污染土壤修复，缺少对于四环素和多种重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的效用验证。
[0007]现有技术存在的主要缺陷是:缺乏同时针对高浓度四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染土壤的协同增效洗脱技术、选用的化学洗脱剂环境友好性较差、污染物去除效果不彻底和洗脱后土壤环境生态功能恢复效果不理想，相关的协同配套修复技术研发明显跟进不足等，因而现有技术市场运用前景并不明朗。
[0008]缺陷产生的主要原因有:近年来，许多饲料厂和畜禽养殖场为了促进动物的快速生长和预防疾病的爆发，普遍在饲料中添加了大量含有重金属成份的四环素类抗生素药物，许多含有四环素母体或代谢物的药物随畜禽粪便排出体外堆积至土壤中，由于未能及时有效的处理此类畜禽粪便的排泄物，出现了大批在我国农村地区或城郊养殖场附近的四环素和重金属复合污染场地土壤；前期科技人员对此类污染土壤关注度较少，尤其是在四环素和重金属复合污染条件下诱发的高丰度抗性基因的新型土壤污染情况关注更少，因而现有可供选用的针对性修复技术研发严重滞后；现有修复技术主要针对原先污染浓度相对较低的农田土壤，而对于污染浓度较高的场地土壤，修复效果欠佳；现有修复技术对于修复后土壤环境微生物生态功能多样性和稳定性的恢复兼顾考虑较少。因此，研发环境友好的增效洗脱修复技术，对于解决当下我国大量四环素和重金属复合高丰度抗性基因污染土壤的环境问题具有重要的社会价值和科学意义。
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【发明内容】
[0010]解决的技术问题:本发明针对上述现有技术缺陷，提供一种四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的增效洗脱修复方法，该方法对污染土壤中总量四环素、多种重金属和四环素抗性基因等污染物具有广谱性的协同高效去除效果，洗脱修复结束后，土壤生态环境功能多样性与稳定性得到显著恢复，是一种兼具环境友好性的联合修复技术。
[0011]技术方案:四环素与重金属复合高丰度抗性基因污染场地土壤的增效洗脱修复方法，先对污染土壤颗粒进行破碎筛分，得到粒径不超过2_的土粒；再将土粒置于土壤多元异位修复设备中，加入质量浓度为0.5-1.0 g L—1的草鱼精子DNA干粉洗脱液，投加进入土壤多元异位修复设备中的用量为污染土壤体积的2-4倍，同时采用超声强化和升温处理的方式，进行连续异位增效洗脱，具体洗脱方法为:调节土壤多元异位修复设备的转速，开启加热器，同时开启超声发射仪，搅拌停止后，将设备内的上层液体分离，而对下层土壤悬液体系以板框压滤实现土水分离，完成一次洗脱修复，重复I?2次；再对洗脱后土壤施加N/P营养源缓冲液；人工培养土壤微生物生长完成修复。
[0012]所述使用的洗脱液具体为质量浓度为0.5 g L—1的草鱼精子DNA干粉。
[0013]所述施加营养源缓冲液具体指对洗脱后土壤在45-60天内分1-2次施加等同于土壤质量 10%-20% 的 N/P 营养源缓冲液，由 30.0 g N -Γ1 的 NH4NOjP 3.0 g P.L ―1 的 K 2ΗΡ04/KH2PO4组成，缓冲液pH值调控在6.4±0.1，营养源的N/P质量比例为10:1。
[0014]所述人工培养生长时间为自然条件下25°C暗光培养45-60天后，完成整体修复过程。此条件下洗脱后土壤微生物生态功能多样性恢复情况最佳。
[0015]所述调节土壤多元异位修复设备的转速至25-50rpm，同时开启加热器加热至20±2~50±2°C，持续30-60min，并打开功率为100_200kHz的超声发射仪，持续10_20min，产生升温和超声强化的协同去除效果。搅拌停止后，将设备内的上层液体分离，而对下层土壤悬液体系以板框压滤实现土水分离，重复2次后，完成洗脱修复环节。
[0016]此时四环素和多种重金属浓度均降低至相同理化性质清洁土壤样品含量浓度以下，洗脱后土壤中Pb、Cd、Cr、Zn、Cu、Ni均以残渣态形式存在，四环素抗性基因绝对拷贝数稳定在12以下。
[0017]本发明的工作原理是:1、草鱼精子DNA脱氧核糖核酸是一种具有双链螺旋结构的生物大分子，由脱氧核糖及四种含氮碱基组成，并含有大量的磷酸基团，具有亲脂和亲水的双重特性；2、水溶性的草鱼精子DNA作为洗脱剂后，其双螺旋结构可有效包裹和增溶土壤中极性有机污染物类的四环素药物；3、其DNA螺旋结构上的磷酸基团解离后在水溶液中带负电荷，可同时络合多种重金属离子和带正电荷的四环素，促进重金属和四环素从土壤颗粒固相向水相的解吸迁移能力，提高洗脱去除率的作