CN101088641A - 重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于资源环境技术领域中的一种重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，是在污染土壤上种植双孢蘑菇，当菌体成熟后，采收菌体并经搅碎、匀浆、腐烂、过滤得到富含重金属离子的菇浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。本发明以双孢蘑菇为主要生物富集器，充分利用其生长周期短，田间栽培技术成熟，富集重金属离子能力强等特点，结合化学电泳或螯合沉淀等简单成熟的化学方法电析出或沉淀出重金属离子，从环境中完全去除重金属污染，土壤耕作层重金属污染平均去除率可达60～90％。

Description

重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术

技术领域：本发明属于资源环境技术领域，具体涉及重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术。

背景技术：土壤是人类赖以生存的主要物质基础。随着工业化、城市化进程不断加快，土壤重金属污染日益严重，其中镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)等是较常见的重金属污染。全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1500万吨，Ni 100万吨，这严重污染了环境。在我国，受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年受重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。

土壤重金属污染治理和恢复的难度大，并可经食物链层层富集传播直到人，严重影响人类健康。一旦重金属的消纳容量达到饱和，就会成为农业生产中的“定时炸弹”。重金属污染土壤修复现已成为世界性的难题。为实现可持续发展，改善人类生活，有效地去除土壤中重金属就成为当前一个十分迫切的任务。

现在重金属污染土壤的修复主要有工程治理修复、物理化学修复、化学修复、农业修复及生物修复五种方法。。前四种方法是比较传统的治理方法，虽然在实际应用中取得了一定成效，但存在人力与财力耗费大，实施复杂、治理费用高、易引起土壤肥力降低等缺陷，不利于大规模的推广应用。

近年来生物修复技术治理土壤重金属污染成为主流，生物修复包括动物修复、植物修复和微生物修复。其中，植物修复是目前国际国内研究的重点和热点，国家给予了大量资助，取得了一定成效。植物修复优点：易种植、富集量大、可以拔除土壤中的重金属；植物修复缺点：植物生长周期长(草本1年，木本3-5年，严重影响农业生产)、后续处理麻烦(焚烧是主体技术，但污染空气)、植物又不易腐烂，致使现有的植物修复技术实际上只起一个富集浓缩土壤重金属离子的作用，重金属离子从土壤中被吸收转运到植物体内后，虽然土壤中少了，但重金属离子还没有根本从环境中去除，仍然存在于环境中的植物体内，不管是焚烧还是腐烂，植物中富集的重金属离子又会回到环境或土壤中，最多起个将污染转运到其他区域的作用。

上个世纪70年代以来，从选择环境污染指示剂和食物安全角度出发，国内外的对蕈菌与重金属关系进行了大量研究，结果发现：蕈菌对重金属有较强的耐受和富集能力，蕈菌通过直接吸收空气中漂浮的重金属或通过菌丝体累积土壤基质中的重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等)。

双孢蘑菇(Agaricus bisporus(Lange)Sing/Agaricus brunnescens)，隶属真菌门，担子菌纲，无隔担子菌亚纲，伞菌目，蘑菇科，蘑菇属，中文别名为蘑菇、洋菇，是目前世界上人工栽培最广泛、产量最高的食用菌之一，约占世界食用菌总产量的40％左右(1994年)。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术未能从根本上拔除土壤中的重金属离子的不足，为人们提供一种周期短，易于实施，并能从根本上拔除土壤中污染的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术是在污染土壤上种植双孢蘑菇，依靠双孢蘑菇作为生物富集器来超量吸附土壤中的重金属离子，当菌体成熟后，采收菌体并经搅碎、匀浆、腐烂、过滤得到富含重金属离子的菇浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。

上述方案中所述重金属为环境污染方面所指的重金属，主要是指生物毒性显著的镉、铅、铬，还包括具有毒性的重金属锌、铜等污染物。

上述方案中，富含重金属离子的菇浆液经浓缩或不经浓缩或经稀释后，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。

上述方案中，化学电泳方法是指用阳极和阴极二电系统电解处理菇浆液，将菇浆液中的重金属离子还原为金属。

上述方案中，螯合沉淀方法是指菇浆液经酸化后，加螯合剂进行螯合反应，再加沉淀剂或絮凝剂得到重金属离子化合物沉淀。

上述方案中，去除重金属离子后的菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

本发明的发明人通过大量研究，发现要从根本上拔除土壤中的重金属离子，必须结合生物修复和化学处理两种方法；先依靠合适的生物先富集浓缩土壤环境中分散的低浓度的重金属离子，后将富集了重金属离子的生物处理成浆液，依靠化学电泳或螯合沉淀等方法将重金属离子电析出或沉淀出来，这样才是从环境中拔除出了重金属污染。

过去从选择环境污染指示剂和食物安全领域的研究表明：许多蕈菌对重金属离子具有较强的富集能力，但迄今没人认识到对重金属污染土壤而言，蕈菌就是一个高效生物富集器，蕈菌能方便快速地在重金属污染土壤中生长并能高效富集重金属离子，所以未能将这一知识应用于重金属污染土壤的生物修复领域。因此，选择合适的蕈菌菌种作为生物富集器修复重金属污染土壤具有科学原始创新性和实际应用价值。

本发明技术具有如下优点：

本发明的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，以双孢蘑菇为主要生物富集器，充分利用双孢蘑菇能在土壤中生长，生物量较大，生长周期短(2-3个月)，田间栽培技术成熟，富集重金属离子能力强、可以吸附多种重金属等特点，在重金属污染土壤大量栽培双孢蘑菇，收集成熟的双孢蘑菇制成菇浆液，通过化学电泳或螯合沉淀等简单成熟的化学方法电析出或沉淀出重金属离子，从环境中完全去除重金属污染，土壤耕作层重金属污染平均去除率可达60～90％。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，本发明不仅限于所述

实施例：

实施例一

本例是在污染土壤上种植双孢蘑菇(Agaricus bisporus)来原位富集土壤中的镉、铅、铬、铜、锌等多种金属离子。

修复工艺过程：双孢蘑菇培养基料配制→基料发酵→双孢蘑菇菌种制备→发酵基料在土壤中铺底→双孢蘑菇播种于污染土壤→双孢蘑菇生长并富集重金属→出菇采收→富集了重金属的双孢蘑菇制备菇浆液→菇浆液放入塑料材质电泳槽中，调节pH值和电解液→电泳槽插入阳极和阴极的二电极系统，接通直流稳压电源，调节电压→电解析出菇浆液中的金属离子(铅、铬、铜、锌)→析出金属附着电泳槽阴极表面上成为合金→去除重金属离子后的菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

1.培养料配制、发酵与菌种制备

(1)配方：(按100m²计算)

粪草培养料：干稻麦草2000kg，干牛(猪)粪700kg，尿素30kg，菜饼100kg，磷肥50kg，石膏25kg，石灰30kg。

无粪合成料：干稻麦草2500kg，尿素30kg，复合肥20kg，菜饼200kg，石膏75kg，石灰300-50kg。

(2)堆制发酵

堆制过程：培养料预湿→建堆→翻堆→后发酵

后发酵结束后，培养料有香味无氨味，有弹性，不粘手，含水量62％(用手紧捏有水渗出而不滴为宜)，

(3)菌种制备

发酵后基料，装袋，灭菌，接入试管菌种，待菌袋长满白色菌丝。

2、播种及发菌管理

(1)播种：将培养料充分抖松抖匀后平铺于菇床上，料厚20-25cm，播种菌种量1500-1850ml/m²，先将2/3的菌种播于料面，用五个手指将菌种耙入1/3料层深，再把1/3菌种播在料面，拍平料面。

(2)发菌管理：播种后控温20-25℃，关闭门窗4天，第5天后开始适度通气，相对湿度70％左右，播后16-20天即可覆土。

3、原位覆土修复

将发好的菌，播撒于重金属污染土壤中，覆土总厚度3-3.5cm，保持土壤含水量18-20％。并用石灰水调节pH至中性。

4、后续处理

约2-3个月后，双孢蘑菇成熟。按平均亩产鲜菇6800kg，采收双孢蘑菇，搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每kg鲜菇制成0.6L菇浆液，菇浆液中各种重金属离子含量为：Cd为216mg/L，Pb为550mg/L，Cr为108.3mg/L，  Cu为516.7mg/L，Zn为596.7mg/L。

菇浆液放入塑料材质电泳槽中，调节菇浆液的pH值，调节电解液，电泳槽插入阳极和阴极的二电极系统，接通直流稳压电源，调节电压，电解，将双孢蘑菇菇浆液中的铅、铬、铜、锌金属离子还原为金属并附着电泳槽阴极表面上，得到合金。去除重金属离子后的双孢蘑菇菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

本例中，双孢蘑菇对Cd的平均富集量可达130mg/kg，Pb的平均富集量可达330mg/kg，对Cr的平均富集量可达65mg/kg，对Cu的平均富集量可达310mg/kg，对Zn的平均富集量可达358mg/kg。采用双孢蘑菇对一亩污染土壤进行修复，平均富集Cd重量为884g，平均富集Pb重量为2244g，对Cr的平均富集量442g，对Cu的平均富集量2108g，对Zn的平均富集量2434g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

本例中，应根据双孢蘑菇生长条件来安排季节和修复地点。适合我国中部、南部、东部大部分地区，一般在8月中旬开始堆料，9月上旬播种，9月底覆土，10月上中旬开始采收秋菇，第二年3-4月还可采收春菇，5月中旬收菇结束，秋春两季出菇期历时约100天。由于本实施例为自然条件，一年栽培一次。

实施例二

本例是采用箱式多区栽培系统异位拔除重金属(移土种菇修复)。通过收集重金属污染土壤，进行双孢蘑菇(Agaricus bisporus)的覆土培养，来富集土壤中的镉、铅、铬、铜、锌等金属离子。

修复工艺过程：双孢蘑菇培养基料配制→基料发酵→双孢蘑菇菌种制备→发酵基料在箱式框土壤中铺底→收集重金属污染土壤层→污染土壤异位覆土栽菇双孢蘑菇→双孢蘑菇生长并富集重金属→出菇采收→富集了重金属的双孢蘑菇制备菇浆液→菇浆液放入塑料材质电泳槽中，调节pH值和电解液→电泳槽插入阳极和阴极的二电极系统，接通直流稳压电源，调节电压→电解析出菇浆液中的金属离子(铅、铬、铜、锌)→析出金属附着电泳槽阴极表面上成为合金→去除重金属离子后的菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵→修复后土壤的归田。

1.培养料配制、发酵与菌种制备(同实施例一)

2、播种及发菌管理(同实施例一)

3、箱式覆土异位修复

(1)箱式覆土：移取待修复的重金属土壤，进行适当处理，使其团粒结构较好，土粒直径0.5-2cm为宜。覆土前5天按每100平方厘米栽培面积的覆土拌入3-5kg甲醛、1kg多菌灵后密封熏闷72小时，然后用石灰水调节pH7.2-7.5。修复过程是在选定的塑料或木质箱式框内先覆粗土，待菌丝爬土后再覆细土，总厚度3-3.5cm，含水量18-20％。

(2)出菇管理：覆土后13天左右，菌丝爬至细土中层，调节温度至22℃以下，喷结菇水，约1kg/m²，连续2-3天，并加强通风。尔后停水2-3天，减少通风促进原基分化和子实体形成，产菇期间要保持覆土层湿润。

4、后续处理(同实施例一)

本例中，双孢蘑菇生长对温度条件的要求是：菌丝生长适宜的温度为20-24℃，高于25℃生长不良；子实体生长发育的范围为9-22℃，最适13-16℃，22℃以上易死菇，9℃以下不易出菇。对水分和湿度条件的要求是：菌丝生长阶段培养料含水量60-65％为宜，相对湿度为65-70％；子实体形成和发育时，培养料含水量保持在65％左右，相对湿度为85-95％；覆土层经常保持湿润，含水量18-20％。

本例采用箱式多区栽培系统，将前后发酵、菌丝培养、出菇阶段等分别置于最适的温度、湿度室内，并配有送料、播种、覆土装置，年栽培次数可高达6次。不受外界条件限制，应用范围广。

实施例三

本例是采用箱式多区栽培系统异位拔除重金属(移土种菇修复)。通过收集重金属污染土壤，进行双孢蘑菇(Agaricus bisporus)的覆土培养，来富集土壤中的镉、铅、铬、铜、锌等金属离子。

修复工艺除后续处理外，其余同实施例二。

本例的后续处理工序如下：

2-3个月后，双孢蘑菇成熟，采收双孢蘑菇，搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每kg鲜菇制成0.6L菇浆液，加Na₂S₂O₅/H₂SO₄酸化后(pH2～3)，加螯合剂/NaOH(pH8～9)进行螯合反应，再加沉淀剂或絮凝剂得到重金属离子化合物沉淀。沉降分离去除重金属离子化合物沉淀后的双孢蘑菇菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

Claims (6)

1.一种重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于在污染土壤上种植双孢蘑菇，依靠双孢蘑菇作为生物富集器来超量吸附土壤中的重金属离子，当菌体成熟后，采收菌体并经搅碎、匀浆、腐烂、过滤得到富含重金属离子的菇浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。

2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于所述重金属为环境污染方面所指的重金属，指生物毒性显著的镉、铅、铬、锌或铜。

3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于所述富含重金属离子的菇浆液经浓缩或不经浓缩或经稀释后，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。

4.根据权利要求1或3所述的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于所述化学电泳方法是指用阳极和阴极二电系统电解处理菇浆液，将菇浆液中的重金属离子还原为金属。

5.根据权利要求1或3所述的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于螯合沉淀方法是指菇浆液经酸化后，加螯合剂进行螯合反应，再加沉淀剂或絮凝剂得到重金属离子化合物沉淀。

6.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的双孢蘑菇修复技术，其特征在于去除重金属离子后的菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。