一种土壤中聚氨酯的降解方法与流程

本发明涉及聚氨酯降解领域，具体涉及一种土壤中聚氨酯的降解方法。

背景技术：

1、聚氨酯的全称为聚氨基甲酸酯，是一种由多元醇和多异氰酸酯合成的高分子有机化合物，具有较好的稳定性、耐化学腐蚀性以及优越的隔音、隔热性能，在塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料以及胶粘剂等领域得到广泛应用。然而，聚氨酯塑料在带来便利的同时，大量的塑料废弃物释放到环境中，导致生态环境污染和资源的严重浪费。

2、由于聚氨酯在自然环境下难以降解，目前的填埋、焚烧以及物理化学降解等回收处理方法存在效率缓慢、应用范围有限和不利于生态环境等局限性。利用微生物降解聚氨酯塑料是一种绿色、环保、高效的处理方法，可以实现废弃塑料的资源再利用。据报道，聚氨酯降解菌株主要包括细菌和真菌，其中真菌以曲霉属和青霉属居多，细菌中的分离株大部分属于假单胞菌属和芽孢杆菌属。magnin(2019)分离出链孢菌属、青霉属和黄曲霉属的菌种，均可以降解聚氨酯。muhammad等人(2017)从土壤中分离出曲霉菌菌株s45，可有效降解聚氨酯，并降低其质量。中国专利cn112553108b分离筛选获得短芽孢杆菌(brevibacillussp.)，可以有效降解聚氨酯薄膜。上述菌株虽然都可以降解聚氨酯，但降解效率较低，常规菌株在较高温度下也难以生存，另外，目前微生物降解聚氨酯的研究均停留在实验室水平，而未实现工程化应用，且实际应用效果也尚不明确。

3、因此，如何对聚氨酯降解工艺进行优化和改进，提升聚氨酯的降解效率，使其可以工程化应用，是本领域亟待解决的一个技术难题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的生物降解法对聚氨酯的降解效率低，从而通过优化降解工艺条件，提供一种土壤中聚氨酯的降解方法，该方法能够提高土壤中聚氨酯的降解效率。

2、本发明提供一种土壤中聚氨酯的降解方法，包括，将包含耐热短芽孢杆菌p10菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚氨酯的土壤中，所述土壤的温度为35℃～40℃，并保持该温度20h～24h；之后将所述土壤的温度升高至54℃～56℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前3h～5h为止；

3、其中，所述耐热短芽孢杆菌p10菌液的制备方法包括：s1，取保藏编号为cctcc no：m 2020626的短芽孢杆菌p10，在35℃～40℃下培养至对数生长期；将对数生长期的菌株按照每驯化周期1℃～2℃的温差提高培养温度至54℃～56℃，得到初筛菌株；s2，将所述初筛菌株于54℃～56℃下培养，复筛，菌株纯化，得到耐热短芽孢杆菌p10；s3，将所述耐热短芽孢杆菌p10接种到培养基中在35℃～40℃下发酵24h～48h。

4、其中，驯化周期为菌株在一个培养温度下培养的时间。

5、所述菌剂还包括降解液；所述降解液的组成包括：k2hpo4 0.4g/l～0.6g/l、kh2po43.5g/l～4g/l、(nh4)2hpo4 0.5g/l～1g/l、mgcl2·6h2o 18mg/l～22mg/l、fecl3 0.1mg/l～0.3mg/l、cacl21 mg/l～3mg/l、na2so4180 mg/l～220mg/l、kno3 1g/l～1.5g/l，所述降解液的ph值为7.0～7.2；和/或，

6、所述耐热短芽孢杆菌p10菌液的菌活为1.0×108cfu/ml～1.0×109cfu/ml。

7、步骤s1～步骤s3中任一项采用的培养基的组成包括，葡萄糖4g/l～6g/l、牛肉膏8g/l～12g/l、蛋白胨8g/l～12g/l、nacl 4g/l～6g/l，所述培养基的ph值为7.0～7.2；和/或，

8、所述步骤s1中每个驯化周期为12h～24h；和/或，

9、所述步骤s2中培养的时间为24h～48h；和/或，

10、所述菌剂中所述耐热短芽孢杆菌p10菌液与所述降解液的体积比为1：5～10；和/或，

11、所述降解方法还包括，向所述土壤中单独注入所述降解液的步骤。

12、降解处理前期所述菌剂的注入间隔为4d～6d，降解处理后期所述菌剂的注入间隔为10d～40d，在降解处理后期每次注入所述菌剂之后单独注入所述降解液，所述降解液的单独注入时间与所述菌剂的注入间隔时间为5d～20d，其中，所述降解处理前期为从开始降解处理起的第1d～14d，所述降解处理后期为从开始降解处理起的第15d及以后；和/或，

13、所述菌剂单次注入量与所述土壤体积比为50l/m3～200l/m3；和/或，

14、在单独注入所述降解液时，所述降解液的单次注入量与所述土壤体积比为50l/m3～70l/m3。

15、本发明提供的土壤中聚氨酯的降解方法，还包括，采用基于拉曼光谱的微塑料在线监测系统对所述土壤中聚氨酯的降解情况进行实时监测，采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入；所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块、换热器，控制器和温度采集装置，其中，

16、所述热源产生模块和所述换热器通过管路相互连通形成回路，所述管路上设置有动力装置，所述动力装置为所述热源产生模块和所述换热器中的介质流通提供动力；

17、所述换热器包括若干并排设置的加热单元，所述加热单元竖直设置；

18、所述温度采集装置位于相邻的两个所述加热单元之间，所述温度采集装置用于采集所述加热单元之间土壤的温度，所述温度采集装置和所述动力装置均和所述控制器电连接；

19、当所述加热单元之间土壤的温度低于阈值时，所述控制器控制所述动力装置加快所述热源产生模块和所述换热器中的介质流动速度。

20、所述加热单元包括若干并联设置的加热组，各所述加热组的进水口和所述动力装置的出水口连通；所述加热组的出水口和所述动力装置的进水口连通；各所述加热组包括水平设置的连通管和竖直设置的毛细管，所述连通管和所述毛细管连通，所述连通管的内径大于所述毛细管的内径。

21、所述毛细管包括外部套管和内部套管，所述内部套管套设于所述外部套管内；所述外部套管上具有外部出液口，所述内部套管上和所述外部出液口对应的位置具有内部出液口，所述外部出液口和所述内部出液口结构相同；所述外部套管的顶盖上具有穿孔，所述内部套管的内部连接有连杆，所述连杆和所述内部套管同轴设置，所述连杆通过支撑杆和所述内部套管的内壁相连，所述连杆穿过所述穿孔；所述连杆的一端位于所述外部套管外，位于所述外部套管外的所述连杆的一端设置有齿轮，所述齿轮通过传动带和驱动电机相连；

22、热源产生模块和换热器中的介质是用于修复土壤的所述菌剂和/或所述降解液，通过控制驱动电机带动所述齿轮转动，使所述内部套管和所述外部套管发生相对转动，使所述内部套管上的所述内部出液口和所述外部套管上的所述外部出液口重合，所述菌剂和/或所述降解液通过所述内部出液口和所述外部出液口补入土壤，完成补入后控制驱动电机使所述内部出液口和所述外部出液口错开，所述菌剂和/或所述降解液无法穿过所述内部出液口和所述外部出液口。

23、所述外部套管的上端设置有第一轴承，所述第一轴承的外环下端固定在所述外部套管的外壁上，所述连杆固定在所述第一轴承的内环上；所述外部套管内的底部设置有第二轴承，第二轴承的外环固定在所述外部套管的内壁，所述连杆的下端固定在第二轴承的内环上；和/或，

24、所述外部套管上包覆有无纺布，无纺布覆盖所述外部出液口；所述毛细管成排设置，同一排所述毛细管的所述齿轮通过同一所述传动带和驱动电机相连。

25、相邻的所述加热单元之间的距离是0.5m～2m，相邻的所述毛细管之间的距离是0.1m～0.5m；和/或，所述热源产生模块是太阳能集热器，所述连通管的内径为10至20厘米，所述毛细管的内径为1至2厘米，所述动力装置是水泵。

26、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

27、1.本发明提供的土壤中聚氨酯的降解方法，包括，将包含耐热短芽孢杆菌p10菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚氨酯的土壤中，所述土壤的温度为35℃～40℃，并保持该温度20h～24h；之后将所述土壤的温度升高至54℃～56℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前3h～5h为止；所述耐热短芽孢杆菌p10菌液为驯化后菌株发酵得到。在土壤温度达到54℃～56℃范围时，为微生物降解聚氨酯提供适宜环境，显著提高了聚氨酯的降解速率，有助于减轻环境土壤聚氨酯微塑料污染。本发明采用在每个驯化周期1℃～2℃的温差慢速驯化短芽孢杆菌p10，经过筛选和优化，得到性能稳定的耐热短芽孢杆菌p10菌液，其能够在温度为54℃～56℃的温度环境下，表现出较高的活性，从而提高对聚氨酯的降解效率。

28、2.本发明提供的土壤中聚氨酯的降解方法，分别限定包含耐热短芽孢杆菌p10菌液的菌剂在降解处理前期和降解处理后期原位注入的时间以及降解液在降解后期单独注入时间，即在降解处理前期采用高频注入菌剂的方法，确保土壤中定植存活的微生物数量，在降解处理后期降低菌剂的注入频率，达到菌液的补充的目的即可；同时，在每次注入菌剂之后间隔一段时间再注入降解液，从而为菌剂耐热短芽孢杆菌p10存活提供必要营养来源，避免菌剂营养不充分，影响其在土壤中的生长繁殖。基于此，本发明的降解方法能够在确保塑料降解效果的同时减少菌剂的用量，避免引起环境的二次污染。

29、3.本发明提供的土壤中聚氨酯的降解方法，包括采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入，并能够使所述土壤温度保持在一定范围，具体为当所述菌剂原位注入时保持所述土壤的温度在35℃～40℃，并保持该温度20h～24h，将土壤温度提高至54℃～56℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前3h～5h为止，在下次注入所述菌剂前3h～5h前，将土壤温度保持在35℃～40℃，所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块、换热器，控制器和温度采集装置，其中，所述热源产生模块和所述换热器通过管路相互连通形成回路，所述管路上设置有动力装置，所述动力装置为所述热源产生模块和所述换热器中的介质流通提供动力；所述换热器包括若干并排设置的加热单元，所述加热单元竖直设置；所述温度采集装置位于相邻的两个加热单元之间，所述温度采集装置用于采集所述加热单元之间土壤的温度，所述温度采集装置和所述动力装置均和所述控制器电连接；当所述加热单元之间土壤的温度低于阈值时，所述控制器控制所述动力装置加快所述热源产生模块和所述换热器中的介质流动速度。本发明采用高效低碳热稳定系统可以使土壤温度保持在54℃～56℃，从而确保耐热短芽孢杆菌p10更好地发挥降解作用。高效低碳热稳定系统具有原位加热和原位注入两个功能，通过高效低碳热稳定系统将菌剂原位注入土壤，并通过介质的热循环，保持土壤温度，实现提高土壤中耐热短芽孢杆菌p10对聚氨酯的降解效率。