EK与修饰漆酶联用技术在PAHs污染场地修复中的应用基础研究

Environmental harm by sites contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) is a major problem to the world. This can be effectively mitigated by electrokinetics (EK) remediation and bioremediation methods. The effect of EK technology alone on hydrophobic PAHs in the soil is weak, and PAHs cannot be transformed and decomposed. On the other hand, applications of bioremediation technology alone in soil pollution control is limited, due to inefficient diffusion and mass transfer organisms in the soil. In this project, PAHs in contaminated soil can be migrated and transformed effectively by a combined EK / modified laccase process. Mass transfer of hydrophilic modified laccase in soil is strengthened by EK action, and catalytic oxidation of modified laccase can change hydrophobility of PAHs to accelerate migration of PAHs in soil. It is not clear about mechanism of the combined EK / modified laccase process. Specific studies include: 1. Interaction mechanism of EK and modified laccase, the influence of EK on distribution characteristics and degradation behavior of modified laccase in soil, and the effect of modified laccase effect on EK and migration of PAHs. 2. Migration / transformation kinetics and mechanism of PAHs, and the Migration and transformation characteristics of PAHs in multi medium environment. On that basis, the key factors and parameters of EK / modified laccase system are obtained. They will build the theoretical and technical basis for applications of EK / modified laccase technology in PAHs-polluted soil.

多环芳烃（PAHs）场地污染造成的环境危害是世界各国面临的重大难题，电动力学（EK）修复和生物修复是缓解该问题的有效途径，然而，EK对土壤中的疏水性PAHs的迁移效果较差，且无法实现PAHs的转化分解；生物在土壤中扩散和传质效率低，使得生物技术应用受到限制。本项目采用EK/修饰漆酶联用技术，EK可强化亲水性修饰漆酶在土壤中的传质；而修饰漆酶的催化氧化作用可改变PAHs疏水特性，加速土壤中PAHs的EK迁移。目前EK/修饰漆酶联用的相关机理尚不清楚，需重点研究：1.EK和修饰漆酶相互作用机制，揭示EK对修饰漆酶在土壤中的分布特征和降解行为的影响，以及修饰漆酶对EK性质和PAHs迁移的影响；2.PAHs的迁移/转化动力学和机理，阐明PAHs在多介质环境下的迁移和转化过程。在此基础上得到控制EK/修饰漆酶体系的关键因子和参数，为EK/修饰漆酶联用技术在PAHs污染土壤中的应用奠定理论和技术基础。

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是工业（废弃）场地常见的污染物，具有低水溶性、高脂溶性、半挥发性和难降解性，对居民健康造成严重威胁。为解决PAHs污染土壤修复的难题及实现PAHs的高效修复，本课题采用电动力学（Electrokinetics, EK）和漆酶联用技术，该联用技术可克服单个技术在PAHs污染土壤修复中的局限和缺陷，实现PAHs的绿色修复。本课题主要研究了修饰漆酶的稳定性、催化活性和环境耐受性，以及降解目标污染物的动力学过程；其次，考察了电动力学对漆酶属性的影响规律、EK体系下土壤性质对目标污染物迁移/转化的影响、漆酶对EK性质和目标污染物迁移的影响；最后，研究了EK条件参数对目标污染物迁移的影响、目标污染物在EK/漆酶作用下的迁移/转化机理。主要研究结果如下：. 1、葡聚糖修饰漆酶和丁二酸酐修饰漆酶对比天然漆酶，酸碱耐受性、温度稳定性和催化活性都得到一定程度的提高，催化氧化目标污染物符合一级反应动力学，反应速率提高显著；. 2、EK作用下阳极区域漆酶催化活性最好，阴极处漆酶内部构型稳定性变差，酶蛋白变性或解聚更迅速，阴极区域酶活受到很大抑制，此外，电场改变了漆酶自身的电荷特性，使电场中各处的漆酶含量产生并不显著的向阳极迁移现象；控制阳极pH值能提高菲在土壤中的迁移量，使土壤中的菲更容易随着电渗流的迁移而带走；漆酶可提高修复体系的电流和电渗流，减弱土壤pH和含水率的波动，促使目标污染物向土壤两端发生迁移，迁移率显著提高。. 3、电动力学过程能有效促进土壤中菲的解吸和迁移，其迁移效果与电场施加方式密切相关，均匀电场对菲没有明显迁移效果，而非均匀电场能使菲向场强较大的电极区迁移，非均匀电动力学对土壤中菲迁移的主要机理是介电迁移。Tween80、ABTS强化EK/漆酶修复土壤中蒽时，蒽迁移/转化的效果最显著，每段土壤中蒽的平均转化率超过25%，最大降解率超过40%，此外电流、电渗流的强度大，能维持土壤酸碱度和含水率的变化量小于7%。. 本项目的研究不仅能提供一种有机污染土壤的修复方法，还将丰富EK/漆酶联用技术在PAHs污染土壤治理方面的基础理论，推动电动力学与酶相结合的联用技术的发展。本项目已发表5篇SCI论文，2篇EI论文，申请中国发明专利2项，培养硕士研究生4人。