CN101088644A - 重金属污染土壤的蕈菌修复技术 - 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蕈菌修复技术，是在污染土壤上种植对重金属具强富集能力的蕈菌来富集土壤中的重金属离子，当蕈菌成熟后，采收蕈菌并经腐烂或经粉碎、匀浆、过滤得到富含重金属离子的蕈菌浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将蕈菌浆液中的重金属离子去除。本发明充分利用了蕈菌富集重金属离子能力强、生长周期短、栽培技术成熟的特点，通过结合化学电泳、螯合沉淀等简单成熟的方法可从根本上拔除重金属污染离子，其总体效果可达到清除土壤耕作层60～90％的重金属污染离子。

Description

重金属污染土壤的蕈菌修复技术

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蕈菌修复技术。

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)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、汞(Hg)、砷(As)、镍(Ni)等是较常见的重金属污染。全世界平均每年排放Cu 340万吨，Pb 500万吨，Hg约1.5万吨，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。

蕈菌是指有显著子实体的大型真菌，分为肉质，木质或革质，大多属于担子菌，部分属于子囊菌。蕈菌具有以下特点：种类多、资源丰富、生长周期短、繁殖期长、生物量大、生境多样。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)。

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，并能从根本上拔除污染重金属离子的重金属污染土壤的蕈菌修复技术。

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蕈菌修复技术是在污染土壤上种植对重金属具强富集能力的蕈菌来富集土壤中的重金属离子，当蕈菌成熟后，采收蕈菌并经腐烂或经粉碎、匀浆、过滤得到富含重金属离子的蕈菌浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将蕈菌浆液中的重金属离子去除。

上述方案中所述蕈菌为双孢蘑菇(Agaricus bisporus)、大孢蘑菇(Agaricus macrosporus)、大球盖菇(Stropharla rugoso-annulata)、金福菇(Tricholoma giganteum Massee)、长根菇(Oudenmansiellaradicata)、草菇(Voluariella voluacea)、高大环柄菇(Macrolepiotaprocera)、美味牛肝菌(Boletus edulis)、紫丁香蘑(Lepista nuda)、鸡腿蘑(Coprinus comatus)、红鸡油菌(Cantharellus cinnabarinus)、棘托竹荪(Dictyophora echino-volvata)、网纹马勃(Lycoperdon perlatum)、大秃马勃(Calvatia gigantea)或尖顶地星(Geastrum triplex)等蕈菌。

上述方案中，富含重金属离子的蕈菌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蕈菌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蕈菌浆液，将蕈菌浆液中的重金属离子还原为金属。

上述方案中，螯合沉淀方法是指蕈菌浆液经酸化后，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蕈菌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，选择蕈菌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。

蕈菌种类繁多(土生、腐生、菌根等)，因为是土壤栽培修复，所以根据实际情况应选用土生蕈菌为主力修复物种，主要为担子菌门(Basidiomycetes)  层菌纲(Hymenomycetes)  同担子菌亚纲(Homobasidiomycetes)的菌种，而其中98％属于伞菌目(Agaricales)，即人们一般俗称的蘑菇。

本发明的重金属污染土壤的蕈菌修复技术，以蕈菌为主要生物富集器，充分利用蕈菌富集重金属离子能力强、可以吸附多种重金属、生长周期短(3-5月)、田间栽培蕈菌技术成熟的特点，通过结合化学电泳、螯合沉淀等简单成熟的方法可从根本上拔除重金属污染离子，其总体效果可达到清除土壤耕作层60～90％的重金属污染离子。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步说明本发明，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)来富集土壤中的镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)金属离子，种植3-4个月后，双孢蘑菇成熟，按一般条件栽培，平均亩产鲜菇6800kg。采收双孢蘑菇，经搅碎、匀浆、过滤，每kg鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中各种金属离子含量为：Cd为21.6mg/L，Pb为55.0mg/L，Cr为10.8mg/L，Cu为51.7mg/L，Zn为59.7mg/L。

本例双孢蘑菇栽培工艺：配制培养料(粪草培养料/无粪合成料)→堆制发酵(培养料预湿→建堆→翻堆→后发酵)→播种与发菌管理→约22天后，覆土→采收。双孢蘑菇属中低温菇，适合春季栽种。

将上述双孢蘑菇浆液放入塑料材质电泳槽中，调节浆液的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，将双孢蘑菇浆液中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn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130.0mg/kg(干重，下同)，Pb的平均富集量可达330.0mg/kg，对Cr的平均富集量可达65.0mg/kg，对Cu的平均富集量可达310.0mg/kg，对Zn的平均富集量可达358.0mg/kg。采用双孢蘑菇对一亩污染土壤进行修复，可富集Cd 88.4g，Pb 224.4g，Cr 44.2g，Cu 210.8g，Zn 243.4g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例二

本例是在污染土壤上种植大孢蘑菇(Agaricus macrosporus)来富集土壤中的镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)金属离子，种植3-4个月后，大孢蘑菇成熟，按一般条件栽培，平均亩产鲜菇6000kg。采收大孢蘑菇，经搅碎、匀浆、过滤，每kg鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中各种金属离子含量为：Cd为19.4mg/L，Pb为49.5mg/L，Cr为9.7mg/L，Cu为46.5mg/L，Zn为53.7mg/L。

本例中大孢蘑菇的栽培技术同实施例一.

将上述大孢蘑菇浆液放入塑料材质电泳槽中，调节浆液的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，将大孢蘑菇浆液中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn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大孢蘑菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

本例中，大孢蘑菇对Cd的平均富集量可达117.0mg/kg，Pb的平均富集量可达297.0mg/kg，对Cr的平均富集量可达58.50mg/kg，对Cu的平均富集量可达279.0mg/kg，对Zn的平均富集量可达322.2mg/kg。采用大孢蘑菇对一亩污染土壤进行修复，可富集Cd 70.2g，Pb 178.2g，Cr 35.1g，Cu 167.4g，Zn 193.3g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例三

本例是在污染土壤上种植大球盖菇(Stropharlarugoso-annulata)来富集土壤中的镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)金属离子，种植2-3个月后，大球盖菇成熟，按一般条件栽培，亩产鲜菇4000kg。收割大球盖菇，经腐烂，得到的大球盖菇浆液中各种金属离子含量为：含Cd量为24.8mg/L，含Cu量为25.0mg/L，含Zn量为37.2mg/L。

本例大球盖菇栽培工艺：配制培养料(稻草生料)→浸草预堆→建堆播种与发菌管理→播种30天后，覆土→15-20天后出菇，采收。大球盖菇属中低温菇，适合秋春季栽种。

上述大球盖菇浆液中加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大球盖菇浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。

本例中，大球盖菇对Cd的平均富集量可达149.0mg/kg，对Cu的平均富集量可达150.0mg/kg，对Zn的平均富集量可达223.0mg/kg。采用大球盖菇对1亩污染土壤进行修复，可富集Cd 59.6g，Cu 60.0g，Zn 892.0g，可拔出土壤可耕作层60～70％的污染重金属

实施例四

本例采用金福菇(Tricholoma giganteum Massee)来富集土壤中的镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)金属离子。按一般条件栽培，亩产鲜菇9000kg。鲜菇浆液中含Cd量为30.0mg/L，含Pb量为19.2mg/L，含Cr量为2.0mg/L。

本例金福菇栽培工艺：配制培养料(稻草生料)→浸草预堆→建堆发酵→装袋灭菌→接种养菌→脱袋覆土→25-30天后出菇，采收。金福菇属高温菇，一般选择在3-5月份播种，5-10月份出菇。。

本例中，后续处理同实施例一。

本例中，金福菇对Cd的平均富集量可达180.0mg/kg，对Pb的平均富集量可达115.0mg/kg，对Cr的平均富集量可达12.0mg/kg。采用金福菇对1亩污染土壤进行修复，可富集Cd 162.0g，Pb 103.5g，Cr 10.8g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例五

本例采用长根菇(Oudenmansiella radicata)来富集土壤中的镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)金属离子。按一般条件栽培，亩产鲜菇10000kg。鲜菇浆液中含Cd量为30.0mg/L，含Cu量为47.5mg/L，含Zn量为50.0mg/L。

本例长根菇栽培工艺：配制培养料(木腐质基质)→装袋、灭菌和接种→脱袋覆土→出菇，采收。长根菇属中高温型菌类，一般选择在6-9月播种，出菇。

本例中，后续处理同实施例三。

本例中，长根菇对Cd的平均富集量可达180.0mg/kg，对Cu富集量可达285.0mg/kg，Zn富集量可达300.0mg/kg，。采用长根菇对1亩污染土壤进行修复，可富集Cd 180.0g，Cu 285.0g，Zn 300.0g。可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例六

本例是在污染土壤上种植草菇(Voluariella voluacea)来富集土壤中的铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)金属离子。按一般条件栽培，亩产鲜菇8000kg。采收草菇，经粉碎、匀浆、过滤，每kg鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中各种金属离子含量为：含Pb量为22.3mg/L，含Cr量为2.8mg/L，含Cu量为28.8mg/L，含Zn量为35.0ma/L。

本例草菇栽培技术：配制培养料(稻麦秸秆类基质)→堆料发酵→撒种→覆土→出菇，采收。草菇属喜高温菇，生长季节在6-9月，生长快、周期短，从播种到出菇2周左右。

本例中，后续处理同实施例一。

本例中，草菇对Pb的平均富集量可达134.0mg/kg，对Cr的平均富集量可达17.0mg/kg，对Cu的平均富集量可达173.0mg/kg，对Zn的平均富集量可达210.0mg/kg。采用草菇对1亩污染土壤进行修复，可富集Pb 107.2g，Cr 13.6g，Cu 138.4g，Zn 168.0g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例七

本例采用高大环柄菇(Macrolepiota procera)来富集土壤中的镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)金属离子。按一般条件栽培，亩产鲜菇5000kg。鲜菇浆液中含Cd量为39.9mg/L，含Pb量为16.7mg/L，含Cu量为46.8mg/L。

本例高大环柄菇栽培工艺：配料建堆→发酵→播种发菌→覆土→调水出菇。发菌期在30天左右，从播种到出菇需35天左右。为中高温菇类。

本例中，后续处理同实施例三。

本例中，高大环柄菇对Cd的平均富集量可达236.0mg/kg，对Pb富集量可达100.0mg/kg，Cu富集量可达281.0mg/kg。采用高大环柄菇对1亩污染土壤进行修复，可富集Cd 118.0g，Pb 50.0g，Cu140.5g。可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例八

本例采用美味牛肝菌(Boletus edulis)来富集土壤中的镉(Cd)金属离子，其它同实施例一。

美味牛肝菌对Cd富集量可达66.4mg/kg。

实施例九

本例是采用紫丁香蘑(Lepista nuda)的覆土培养，来富集土壤中的镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)离子。其它同实施例一.

紫丁香蘑对Cd的平均富集量可达231.0mg/kg，对Cr的平均富集量可达15.8mg/kg，对Cu的平均富集量可达144.2mg/kg。

实施例十

本例是在污染土壤上种植鸡腿蘑(Coprinus comatus)来富集土壤中的铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)离子，种植2-3个月后，鸡腿蘑成熟，按一般条件栽培，亩产鲜菇10000kg。采收鸡腿蘑，经搅碎、匀浆、过滤，每kg鲜菇稀释成0.6L浆液，浆液中Pb金属离子含量为17.5mg/L，Cu金属离子含量为22.83mg/L，Zn金属离子含量为33.3mg/L。其它同实施例一。

本例中，鸡腿蘑对Pb的平均富集量可达105.0mg/kg，Cu的平均富集量可达137.0mg/kg，Zn的平均富集量可达200.0mg/kg。采用鸡腿蘑对1亩污染土壤进行修复，对Pb富集量105.0g，对Cu富集量137.0g，对Zn富集量200.0g，可拔出土壤可耕作层70～80％的污染重金属。

实施例十一

本例采用红鸡油菌(Cantharellus cinnabarinus)来富集土壤中的锌(Zn)金属离子，其它同实施例一。红鸡油菌对Zn富集量可达231.0mg/kg。

实施例十二

本例采用棘托竹荪(Dictyophora echino-volvata)来富集土壤中的铅(Pb)、锌(Zn)金属离子，其它同实施例三。棘托竹荪对对Pb富集量可达48.7mg/kg，对Zn富集量可达539.0mg/kg。

实施例十三

本例采用网纹马勃(Lycoperdonperlatum)来富集土壤中的锌(Zn)，其它同实施例一。网纹马勃对Zn富集量可达265.8mg/kg。

实施例十四

本例采用大秃马勃(Calvatia gigantea)来富集土壤中的铜(Cu)，其它同实施例一。大秃马勃对Cu富集量可达235.5mg/kg。

实施例十五

本例采用尖顶地星(Geastrum triplex)来富集土壤中的锌(Zn)金属离子，其它同实施例一。尖顶地星对Zn富集量可达202.0mg/kg。

Claims (6)

1.一种重金属污染土壤的蕈菌修复技术，其特征在于是在污染土壤上种植对重金属具强富集能力的蕈菌来富集土壤中的重金属离子，当蕈菌成熟后，采收蕈菌并经腐烂或经粉碎、匀浆、过滤得到富含重金属离子的蕈菌浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将蕈菌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蕈菌修复技术，其特征在于所述蕈菌为双孢蘑菇、大孢蘑菇、大球盖菇、金福菇、长根菇、草菇、高大环柄菇、美味牛肝菌、紫丁香蘑、鸡腿蘑、红鸡油菌、棘托竹荪、网纹马勃、大秃马勃或尖顶地星。

3.根据权利要求1或2所述的重金属污染土壤的蕈菌修复技术，其特征在于富含重金属离子的蕈菌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蕈菌浆液中的重金属离子去除。

4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的蕈菌修复技术，其特征在于化学电泳方法是指用阳极和阴极二电系统电解处理蕈菌浆液，将蕈菌浆液中的重金属离子还原为金属。

5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的蕈菌修复技术，其特征在于螯合沉淀方法是指蕈菌浆液经酸化后，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蕈菌修复技术，其特征在于去除重金属离子后的蕈菌浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。