本发明涉及环保领域，具体涉及环境中的有机污染物(如农药、化工废物)的处理，进一步涉及生物材料和/或光催化材料对有机废料的降解。
背景技术：
：随着工业化程度的高速发展，在工业或农业生产过程中都难免会产生大量的废弃物，例如化工厂排出的有机废弃物、农田的农药残留以及随雨水等最终流入水体中的农药。随着我们对环保的认识和逐渐地重视，上述污染物的处理变得尤为重要。化学农药是人工合成的生物外源性物质，很多农药对人类或其它生物是有毒的，并且很多类型的农药残留较难降解。这使农药在农业的生产中过分使用产生了严重的负面影响，给非靶生物带来伤害并威胁着人类的身心健康，所以，加强农药降解研究、解决农药对环境及食物的污染问题，是人类当前迫切需要解决的课题之一。这些农药残留广泛分布于的土壤、水体、大气及农产品中，但是主要是分布于土壤和水体中。实际上，农药残留在自然界主要依靠微生物缓慢地进行降解，这虽然是依靠自然力量、不产生二次污染的理想途径。但其降解速度无法满足环境保护的要求。近年随着对农药残留污染问题的重视，科学家们对农药生物降解进行了大量的研究，但许多问题仍然有待解决。现目前用于农药降解的途径很多。例如利用微生物对农药残留进行降解。土壤中的细菌、真菌、放线菌和藻类中都存在一些种类具有农药降解功能，细菌由于其生化上的多种适应能力和容易诱发突变菌株，在农药降解中占有主要地位。一般地，在土壤、污水及高温堆肥体系中，对农药分解起主要作用的是细菌类，这与农药类型、微生物降解农药的能力和环境条件等有关。通过微生物的作用，把环境中的有机污染物转化为co2和h2o等无毒无害或毒性较小的其它物质。例如专利cn102755991就涉及使用有机磷农药降解菌修复有机磷农药污染土壤；专利cn104371594也涉及一种应用于土壤残留农药的降解的芽孢杆菌(bacillussp.)fzul-33。微生物降解的缺点在于微生物降解的农药种类范围往往较窄，很难找到具有广谱降解活性的微生物种类；第二，微生物的应用环境也受到诸多限制，因为需要保证微生物的生理活性；第三，微生物的降解速率也参差不齐，很多微生物的降解速率都不能满足需要。另一种降解有机污染物或化学农药的方式是利用光催化降解，通常情况下其降解的速度相对于生物降解而言会更加迅速，降解的种类更多，可以弥补微生物降解的诸多不足。其中研究较多的包括纳米二氧化钛(n-tio2)、四针状氧化锌(t-znow)、纳米氧化锌(n-zno)等。例如专利cn103081735，就涉及使用纳米二氧化钛对农药进行降解。但是利用光催化降解也有其存在的诸多缺点：首先是其应用环境受限，光催化剂要发挥降解作用，通常需要发挥光催化作用，通过紫外光或则可见光照射产生电子空穴，进而产生具有强反应活性的自由基。因此，在土壤中或者较暗环境中，光催化剂的使用就收到限制。第二，光催化剂的使用成本也是相对较高的，当然显先目前已经有大量研究致力于可回收的光催化剂研究，主要是赋予光催化剂磁性。技术实现要素：本发明发现现有技术中存在的上述问题，期望通过将微生物降解材料和光催化降解材料配合使用或者组合使用，从而获取更好的降解效果。但是这种复配并非简单地将两种材料组合使用，还需要克服较多的困难。已知的困难包括：光催化材料通过都具备一定的杀菌活性，因此将其与微生物复配的情况下，容易对微生物的生理活性产生影响，因此筛选合适的微生物种类和适当的保护剂显得比较关键。本发明的一方面提供了一种有机污染物复合微生物降解剂，其中包含具有降解功能的微生物菌株的菌粉、光催化材料、保护剂，以及根据需要任选的其他辅助材料。以原料的总重量计，各组分的百分含量为：微生物菌株的菌粉1％-20％，光催化材料10-60％，保护剂10-20％，其他辅助材料20％-60％。其中菌粉含有活菌或者孢子量需要大于0.5亿cfu/g，优选为1-5亿cfu/g。其中微生物菌株选自枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)、巨大芽孢杆菌(bacillusmegaterium)、聚多曲霉(aspergillussydowii)中的一种或多种，其中枯草芽孢杆菌优选保藏号为cgmccno.1.9083的枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌优选保藏号为cgmccno.1.16094的巨大芽孢杆菌；聚多曲霉优选保藏号为cgmccno.3.13937。本发明中所有涉及的微生物材料均通过中国普通微生物菌种保藏管理中心(chinageneralmicrobiologicalculturecollectioncenter,cgmcc)购买得到。其中所述光催化材料可选自纳米二氧化钛(n-tio2)、四针状氧化锌(t-znow)、纳米氧化锌(n-zno)中的一种或多种，具体选自(n-tio2)。所述的保护剂主要是用于保护菌体的物质，优选植物油和丁基羟基茴香醚(bha)，其中植物油主要作用是在让菌体浸润，也起到一定的隔离作用，因此选择本领域已知的一般的植物油均可，优选葡萄籽油，二者重量配比为bha：植物油为1:5-20。所述的其他辅料包括载体、湿润剂、分散剂、粘合剂、溶剂中的一种或多种。其中载体可以是本领域的常用载体，具体地，例如：葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、白炭黑、高岭土、硅藻土、浮石、糊精、纤维素粉、轻质碳酸钙、有机膨润土、粘土、滑石、可溶性淀粉、无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸氢钾、无水碳酸氢钠、无水碳酸钾与无水碳酸氢钾的混合物和无水碳酸钠与无水碳酸氢钠的混合物中的一种或多种。所述润湿剂可以为本领域的各种润湿剂，具体地，该润湿剂可以为十二烷基硫酸钠、仲烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚乙二醇醚硫酸盐和烷基萘磺酸盐与阴离子润湿剂的混合物中的一种或多种。所述分散剂可以为本领域的各种分散剂，具体地，该分散剂为聚羧酸盐分散剂、聚丙烯酸钠、烷基萘磺酸盐、亚甲基双萘磺酸钠、木质素磺酸盐、烷酰胺基牛磺酸盐、萘磺酸盐、烷基萘磺酸缩聚物的钠盐和烷基萘磺酸甲醛聚合物中的一种或多种。所述粘合剂可以为本领域的各种粘合剂，具体地，该粘合剂为羧甲基纤维素、β-环糊精、黄原胶、海藻糖中的一种或多种。所述溶剂可以为本领域的常用溶剂，具体地，该溶剂可以为有机溶剂、植物油、矿物油、溶剂油和水中的一种或多种。其中，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、n，n-二甲基癸酰胺、n，n-二甲基甲酰胺、二甲苯、四氢糠醇、磷酸三丁酯、1，4-二氧六环和环己酮中的一种或多种。所述植物油包括环氧大豆油、大豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、玉米油和松籽油中的一种或多种。所述矿物油包括液蜡、机油、煤油和润滑油中的一种或多种。所述溶剂油包括100号溶剂油、150号溶剂油和200号溶剂油中的一种或多种。本发明的另一方面还涉及上述有机污染物复合微生物降解剂的制备方法，包括以下步骤：1)配置纳米二氧化钛粉体，采用溶胶凝胶法制备粒径为1-100nm范围内的纳米二氧化钛；2)培养菌株，获得菌株的发酵物，通过干燥获得菌粉；3)按照重量份称取菌粉、植物油和丁基羟基茴香醚(bha)，将其在搅拌机内缓慢混合均匀得处理后的菌粉；4)将其他辅料进行混合，获得助剂混合物；5)按重量配比将步骤1)制备得到的纳米二氧化钛与菌粉混合，再加入助剂混合物，在搅拌机内搅拌均匀，再经过干燥、筛分、包装，获得所述有机污染物复合微生物降解剂。其中步骤1)采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛已经是非常成熟的纳米二氧化钛制备技术，本领域技术人员可以采用任意的溶胶凝胶法来制备。具体可以为：首先将一定量的水与乙醇按体积比1:4混合，并加入酸或碱调节溶液ph，得到溶液作为反应介质，然后将一定量的前驱体钛酸四正丁酯(tbt)与乙醇混合，作为反应前驱体，在75℃下滴加到水和乙醇的混合溶剂中，并在滴加完毕后继续在75℃下反应24h，将得到的悬浊液进行高速离心，用水和乙醇洗涤，干燥后即得到纳米二氧化钛粉末。其中步骤2)，其中的菌粉包括菌体粉，也涵盖了孢子粉，都可以视为菌粉。本领域技术人员可以根据具体选择的菌株来选择合适的培养方式，此处的培养仅仅是为了获得扩展的菌体，而芽孢杆菌和聚多曲霉的培养方式应当是微生物领域的技术人员所知晓的，也不应当作为本发明效果实现的限制。可采用的制备方法如下：细菌菌粉/孢子粉的制备：将芽孢杆菌的原始菌种在无菌条件下依次进行斜面培养、摇床培养、发酵罐培养后，将得到的发酵液经过浓缩干燥制备成细菌孢子粉；聚多曲霉孢子粉的制备：将聚多曲霉原始菌种在无菌条件下依次进行斜面培养、摇床培养、发酵罐培养、固体发酵产孢后，将得到的完全产孢的培养基分别浸在清水中制成孢子悬浮液，从而得到聚多曲霉孢子悬浮液，然后将得到的聚多曲霉孢子悬浮液浓缩干燥制备成聚多曲霉孢子粉；具体实施方式实施例1制备纳米二氧化钛首先将30ml的水与120ml乙醇按体积比1:4混合，并加入酸或碱调节溶液ph，得到溶液作为反应介质，然后将18ml的前驱体钛酸四正丁酯(tbt)与乙醇混合，作为反应前驱体，在75℃下滴加到水和乙醇的混合溶剂中，并在滴加完毕后继续在75℃下反应24h，将得到的悬浊液进行高速离心，用水和乙醇洗涤，干燥后即得到纳米二氧化钛粉末。实施例2制备菌粉1、制备芽孢杆菌菌粉a.斜面培养：分别将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌原始菌种在无菌条件下接种于斜面培养基上，在30±2℃条件下培养24～36小时；b.摇床培养：将步骤a培养的菌种在无菌条件下分别接种于种子培养基中，在ph7.0～7.5、30℃条件下，160～180r/min摇床培养12～18小时；c.发酵罐培养：将步骤b培养的菌种在无菌条件下分别接种于液体发酵培养基中，在ph7.0～8.0、罐压0.5kg/cm2、30℃、通风量1:0.8～1.1条件下，培养48～72小时后，80％菌体成为芽孢时下罐，得到发酵液；d.将步骤c中得到的发酵液经浓缩后，按适当比例与载体谷壳粉混合干燥制备成各细菌孢子粉；2、制备聚多曲霉孢子粉a.将聚多曲霉原始菌种在无菌条件下接种于斜面培养基上，在28℃条件下培养72小时；b.摇床培养：将步骤a培养的菌种在无菌条件下接种于种子培养基中，在ph6.5～6.8、30℃条件下，150r/min摇床培养72小时；c.发酵罐培养：将步骤b培养的菌种在无菌条件下分别接种于液体发酵培养基，在ph6.5～6.8、罐压0.5kg/cm2、27～28℃、通风量为1:0.6～0.8，在培养48小时后，菌丝体占总体积的20％时终止发酵，进行固体发酵产孢；d.固体发酵产孢：将步骤c经过发酵罐培养后的菌丝体接种到固体发酵培养基上，培养72～96小时，待聚多曲霉90％产孢时停止发酵；e.将步骤d中完全产孢的发酵物料浸在清水中制成孢子悬浮液，从而得到聚多曲霉孢子悬浮液；f.将上述步骤e中得到的聚多曲霉孢子悬浮液浓缩干燥制成孢子粉。将上述制备得到的菌粉与保护剂(bha与葡萄籽油按1:10混合)混合均匀，得到以下试验所采用的菌粉。实施例3制备有机污染物复合微生物降解剂按照重量份称取菌粉、植物油、bha，将其在搅拌机内缓慢混合均匀得处理后的菌粉或孢子粉；将其他辅料进行混合，获得助剂混合物；按重量配比将实施例1制备得到的纳米二氧化钛与菌粉混合，再加入助剂混合物，在搅拌机内搅拌均匀，再经过干燥、筛分、包装，获得有机污染物复合微生物降解剂。具体制备得到以下产品(以重量百分比表征各组分用量)：产品1：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)5％，纳米二氧化钛30％，bha1％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品2：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)4％，纳米二氧化钛40％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土10％，轻质碳酸钙20％，脂肪醇聚乙二醇醚硫酸钠3％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品3：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)2％，纳米二氧化钛50％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土15％，白炭黑10％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品4：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)10％，纳米二氧化钛30％，bha1.5％，葡萄籽油13.5％，硅藻土15％，轻质碳酸钙10％，十二烷基苯磺酸钠5％，β-环糊精5％，余量为水。产品5：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)20％，纳米二氧化钛20％，bha2％，葡萄籽油18％，有机膨润土15％，可溶性淀粉10％，十二烷基苯磺酸钠5％，余量为水。产品6：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)5％，纳米二氧化钛30％，bha1％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品7：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)4％，纳米二氧化钛40％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土10％，轻质碳酸钙20％，脂肪醇聚乙二醇醚硫酸钠3％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品8：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)2％，纳米二氧化钛50％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土15％，白炭黑10％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品9：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)10％，纳米二氧化钛30％，bha1.5％，葡萄籽油13.5％，硅藻土15％，轻质碳酸钙10％，十二烷基苯磺酸钠5％，β-环糊精5％，余量为水。产品10：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)20％，纳米二氧化钛20％，bha2％，葡萄籽油18％，有机膨润土15％，可溶性淀粉10％，十二烷基苯磺酸钠5％，余量为水。产品11：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)5％，纳米二氧化钛30％，bha1％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品12：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)4％，纳米二氧化钛40％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土10％，轻质碳酸钙20％，脂肪醇聚乙二醇醚硫酸钠3％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品13：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)2％，纳米二氧化钛50％，bha1％，葡萄籽油9％，硅藻土15％，白炭黑10％，羧甲基纤维素5％，余量为水。产品14：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)10％，纳米二氧化钛30％，bha1.5％，葡萄籽油13.5％，硅藻土15％，轻质碳酸钙10％，十二烷基苯磺酸钠5％，β-环糊精5％，余量为水。产品15：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)20％，纳米二氧化钛20％，bha2％，葡萄籽油18％，有机膨润土15％，可溶性淀粉10％，十二烷基苯磺酸钠5％，余量为水。对比例1：枯草芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.9083，约1亿cfu/g)10％，bha1％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。对比例2：巨大芽孢杆菌菌粉(保藏号为cgmccno.1.16094，约1亿cfu/g)10％，bha1％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。对比例3：聚多曲霉(保藏号为cgmccno.3.13937，约1亿cfu/g)5％，bha10％，葡萄籽油9％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。对比例4：纳米二氧化钛50％，葡萄糖15％，轻质碳酸钙20％，十二烷基苯磺酸钠5％，烷基萘磺酸钠2％，羧甲基纤维素5％，余量为水。试验例1所测试的样品列表如下：表1试验例测试样品编号测试方法：配置一定浓度的农药分散体系，分别称取甲胺磷、甲基对硫磷、三唑磷制剂配制水分散液，使农药成分处于均匀分散的状态，分散液总体积为1l，其中农药有效成分的含量为d0＝100mg/l。再向分散液中加入葡萄糖2g、蛋白胨0.5g、酵母膏0.5g，形成待分解农药原液。将待分解农药原液倒入设置有搅拌装置、通气装置的容器中。取1g样品加入上述农药原液中，适量通气，搅拌，同时保持光照。分别于1h、2d、4d、6d后进行取样，检测农药含量d1，计算降解率。降解率de＝(d0-d1)/d0×100％。采用asmkromasil-c18反相柱(2.5×15cm)高效液相色谱仪(hplc，beckmanco.)测定各农药含量，以甲醇-水为流动相，流速1.0ml/min，进样量20μl。需要说明的是，上述有机磷农药在降解过程中首先是先降解为中间产物，再进一步降解产生po43-等无机离子；因此存在两种表征有机磷农药降解率的方式。一种是上述本文采用的方式，这种方式以有机磷被降解为判断指标，不需要其完全被降解为无机po43-离子。现有技术中也有文献采用测定生成的po43-来判断降解率，这种判断方法是以有机磷农药被完全降解作为判断指标。二者在降解率的测定结果上会有一定差异。由于本文同时涉及到微生物对有机磷农药的降解，其降解机理比较复杂，并非简单地降解有机磷生成无机po43-离子，发明人观察到实际上部分微生物在降解有机磷过程中，并不会产生无机po43-离子。因此，本文为了标准统一，采用了第一种降解率的表征方式。测试结果如下：表2对于甲胺磷的降解结果(结果的单位为％)样品编号1h降解率2d降解率4d降解率13943432082330718409165356591634598973461868334561932475910364363表3对于甲基对硫磷的降解效果(结果的单位为％)样品编号1h降解率2d降解率4d降解率14045452072130517405165416892638658774065858354862937516910385372表4对于三唑磷的降解效果(结果的单位为％)样品编号1h降解率2d降解率4d降解率1354242201318301013407155336289632598573365888344576933486710354970试验例2将产品1-15与对比例1-4按照上述相同的方法用于测试其对农药6d后的降解效果。结果显示如下(表中数值为降解率，单位为％)：样品甲胺磷甲基对硫磷三唑磷产品1979295产品2929590产品3939097产品4959192产品5929395产品6908992产品7919189产品8939488产品9909394产品10919597产品11909191产品12929193产品13939088产品14908992产品15949092对比例1393437对比例2232521对比例3272630对比例4414339结论：从上述降解实验可以看出，纳米二氧化钛的降解效果比较迅速，在1h内基本上就能达到较高的降解率。随着时间的延长，一方面纳米二氧化钛本身的催化效能也在降低，另外由于农药母液中的成分相对比较复杂，存在较多杂质(实际环境中情况也类似)，纳米二氧化钛可能因为杂质吸附、沉积或其他原因，并不能持续发挥降解功能，不能使得待测农药被完全降解。而微生物单独使用时，由于其需要一定的生长扩增时间，并且其本身的降解过程也要缓慢得多，所以其在1h内基本没有表现出降解效果，降解效果在2d后才逐步显现。通过对2d-6d的降解效果进行观察，可以看出将纳米二氧化钛与上述三种微生物组合使用，在同样的施用量情况下，组合物取得了相比于单剂明显的更优的降解效果，足以证明它们之间存在互补的关系，使得待测农药在6d的时间内基本上大部分被降解。另外，在不添加保护剂的情况下，微生物的生长受到纳米二氧化钛的影响是显著的，从而导致对有机磷的降解效果也不理想。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。当前第1页12