CN101130134A - 利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术 - Google Patents
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Abstract
本发明属于资源环境技术领域中的一种利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，是将高富集重金属植物作为栽种蕈菌的培养基料，当蕈菌菌体成熟后，采收菌体并经处理得到富含重金属离子的蕈菌浆液，再采用化学电泳或/和螯合沉淀方法将蕈菌浆液中的重金属离子去除。本发明利用蕈菌作为生物反应器，充分利用蕈菌富集重金属离子能力强，生长周期短，栽培技术成熟且易于实施的特点，通过结合化学电泳、螯合沉淀等简单成熟的化学方法可从根本上拔除植物体内重金属，可清除修复植物体内80～90％的重金属污染离子。
Description
技术领域：
本发明属于资源环境技术领域，具体涉及利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术。
技术背景：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，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为340万吨、Pb为500万吨、Mn为1500万吨、Ni为100万吨，严重污染了环境。现在我国受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。
土壤的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；目前植物修复面临的最大缺点之一是：富集了重金属的植物后续处理。
当前富集了重金属的植物后续处理主要采用两种方法：其一是填埋，此法简单但本质上只起了个转移重金属作用，植物中富集的重金属离子又会回到环境或土壤中，不环保；其二是焚烧，此法会污染空气。所以土壤重金属污染的植物修复技术从环保角度看，植物的后处理成为技术瓶颈。
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，并能从根本上拔除重金属污染离子的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
本发明的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术是利用能高富集重金属的蕈菌作为生物反应器，将高富集重金属植物收割、粉碎，作为培养基料，栽种对重金属具强富集能力的蕈菌，当蕈菌菌体成熟后，采收菌体并经搅碎、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/和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、铜等污染元素。
上述方案中所述蕈菌为糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)，双孢蘑菇(Agaricus bisporus)，大孢蘑菇(Agaricus macrosporus)，高大环柄菇(Macrolepiota procera)，鸡腿蘑(Coprinus comatus)，毡盖木耳(Auricularia mesenterica)，羊肚菌(Morchella esculenta)，金福菇(Tricholoma Lobayensc)，油口蘑(Tricholoma equestre)。
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/和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或合金。
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培养料残渣和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，发现要从根本上去除植物体内重金属，必须结合蕈菌富集和化学处理两种方法：先利用蕈菌吸收富集植物体内重金属，后将富集了重金属离子的蕈菌制成浆液，依靠化学电泳或螯合沉淀方法等方法将重金属离子析出或沉淀，从根本解决植物修复技术中的后处理缺陷和瓶颈。
尽管人们早已发现蕈菌对重金属离子具有较强的富集能力，但只是从选择环境污染指示剂和食物安全角度来认识，却没能认识到蕈菌可作为有用的高效生物富集并能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对植物修复重金属污染土壤技术中的重金属植物进行后续处理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：
本发明是利用主要依靠纤维素和木质素生长的、能高富集重金属的蕈菌作为生物反应器，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)，栽培技术成熟且易于实施的特点，通过结合化学电泳、螯合沉淀等简单成熟的化学方法可从根本上拔除植物体内重金属，其总体效果可达到清除修复植物体内80～90％的重金属污染离子。
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
本例是以富镉植物天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulenscens)(修复土壤重金属镉污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)。
处理工艺过程：天蓝遏蓝菜修复重金属镉污染的土壤→植物收割→晒干→植物体内主要污染重金属含量测定→粉碎→培养料配制(加普通稻草粉)→基料发酵→装袋→灭菌→接种→出菇采收→后续处理→处理后的渣液入沼气池。
1.培养料配制
分别取重金属污染土壤修复植物天蓝遏蓝菜与稻草5∶5重量比混合均匀，作为植物混合料，参照以下比例配料：植物混合料91.7％，棉籽饼粉5％，过磷酸钙1％，石膏粉1％，石灰1％，尿素0.3％。
2.发酵
按料水比1∶1.5～2加入pH9～10的石灰水，充分搅拌均匀，然后堆成圆形堆进行发酵，当温度升至50℃～60℃时，再经24小时翻堆一次，当温度再次升至50℃～60℃时，再经24小时发酵完毕。
3.装袋、灭菌、接种
每袋装发酵料1.5-2kg，高温蒸汽灭菌(100-126℃，6-30小时)冷却后接种(用菌种封住两头料面)。
4.出菇采收
按常规技术进行管理，种菇约2个月后，糙皮侧耳成熟，上述栽培条件下，每袋可产鲜菇0.765kg。
5、后续处理
采收糙皮侧耳，经搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每公斤鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中镉离子含量为412.45mg/L。
调节浆液的pH值，调节电解液，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；将鲜菇浆液中的镉离子还原为金属镉。
6、菌渣菌液沼气化处理
去除重金属离子后的糙皮侧耳浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。
本例中，糙皮侧耳对镉的富集量可达2749.8mg/kg(干重)。采用糙皮侧耳对1000kg重金属污染土壤修复植物天蓝遏蓝菜(最高含镉量可达1800mg/kg)进行后续处理，可得到约412.45g金属镉，拔出天蓝遏蓝菜体内65-85％的污染重金属。
实施例二
本例是以富铅植物紫花苜蓿(Medicago sativa)(修复土壤重金属铅污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)。
处理工艺过程：紫花苜蓿修复重金属铅污染的土壤→植物收割→晒干→植物体内主要污染重金属含量测定→粉碎→培养料配制(加普通稻草粉)→基料发酵→装袋→灭菌→接种→出菇采收→后续处理→处理后的渣液入沼气池。
1.培养料配制(比例参照实施例一)
2.发酵(同实施例一)
3.装袋、灭菌、接种(同实施例一)
4.出菇采收
按常规技术进行管理，种菇约2个月后，糙皮侧耳成熟，上述栽培条件下，每袋可产鲜菇0.765kg，折成干菇为0.1148kg(按失水率85％计)。
5.后续处理
采收糙皮侧耳，经搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每公斤鲜菇浆液中铅离子含量为575.34mg/L。
上述鲜菇浆液加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。
6、菌渣菌液沼气化处理
沉降分离去除重金属离子化合物沉淀后的糙皮侧耳浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。
本例中，糙皮侧耳对铅的富集量可达3835.76mg/kg(干重)。采用糙皮侧耳对1000kg铅污染土壤修复植物紫花苜蓿(Medicagosativa)(最高含铅量可达2200mg/kg)进行后续处理，可得到约575.34g金属铅，拔出紫花苜蓿体内约75-90％的污染重金属。
实施例三
本例是以富锌植物禾秆蹄盖蕨(Athyrium yokoscense)(修复土壤重金属锌污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)。
处理工艺过程：禾秆蹄盖蕨修复重金属锌污染的土壤→植物收割→晒干→植物体内主要污染重金属含量测定→粉碎→培养料配制(加普通稻草粉)→基料发酵→装袋→灭菌→接种→出菇采收→后续处理→处理后的渣液入沼气池。
1.培养料配制(比例参照实施例一)
2.发酵(同实施例一)
3.装袋、灭菌、接种(同实施例一)
4.出菇采收
按常规技术进行管理，种菇约2个月后，糙皮侧耳成熟，上述条件栽培，每袋(0.85kg干料)可产鲜菇0.8075kg，折成干菇为0.1211kg(按失水率85％计)。
5.后续处理
采收糙皮侧耳，经搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每公斤鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中锌离子含量为649.22mg/L。
上述鲜菇浆液加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。
调节经离心分离去除重金属离子化合物沉淀后的糙皮侧耳浆液的pH值，调节电解液，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；将鲜菇浆液中的锌离子还原为金属锌。
6、菌渣菌液沼气化处理
去除重金属离子后的糙皮侧耳浆液加入到沼气池中，用于产生沼气。
本例中，糙皮侧耳对锌的富集量可达4328.32mg/kg(干重)。采用糙皮侧耳对1000kg锌污染土壤修复植物禾秆蹄盖蕨(含锌2800mg/kg)进行后续处理，可得到约649.22g金属锌，拔出禾秆蹄盖蕨体内65-85％的污染重金属。
实施例四
本例是以富铜植物高山甘薯(Ipomoea alpine)(修复土壤重金属铜污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)。
处理工艺过程：高山甘薯修复重金属铜污染的土壤→植物收割→晒干→植物体内主要污染重金属含量测定→粉碎→培养料配制(加普通稻草粉)→基料发酵→装袋→灭菌→接种→出菇采收→后续处理→处理后的渣液入沼气池。
1.培养料配制(比例参照实施例一)
2.发酵(同实施例一)
3.装袋、灭菌、接种(同实施例一)
4.出菇采收
按常规技术进行管理，种菇约2个月后，糙皮侧耳成熟，上述条件栽培，每袋(0.85kg干料)可产鲜菇0.833kg，折成干菇为0.125kg(按失水率85％计)。
5.后续处理
采收糙皮侧耳，经搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每公斤鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中铜离子含量为687.36mg/L。
调节浆液的pH值，调节电解液，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；将鲜菇浆液中的铜离子还原为金属铜。
6、菌渣菌液沼气化处理
去除重金属离子后的糙皮侧耳浆液加入到沼气池中，用于产生沼气。
本例中，糙皮侧耳对铜(Cu)的富集量可达4582.66mg/kg(干重)。采用糙皮侧耳对1000kg铜(Cu)污染土壤修复植物高山甘薯(Ipomoea alpine)(最高含铜量可达3600mg/kg)进行后续处理，可得到约687.36g金属铜(Cu)，拔出高山甘薯(Ipomoea alpine)体内60-80％的污染重金属。
实施例五
本例是以富铬(Cr)植物尼科菊(Dicoma niccolifera)(修复土壤重金属铬污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)。
处理工艺过程：尼科菊修复重金属铬污染的土壤→植物收割→晒干→植物体内主要污染重金属含量测定→粉碎→培养料配制(加普通稻草粉)→基料发酵→装袋→灭菌→接种→出菇采收→后续处理→处理后的渣液入沼气池。
1.培养料配制(比例参照实施例一)
2.发酵(同实施例一)
3.装袋、灭菌、接种(同实施例一)
4.出菇采收
按常规技术进行管理，种菇约2个月后，糙皮侧耳成熟，上述条件栽培，每袋(0.85kg干料)可产鲜菇0.8415kg，折成干菇为0.126kg(按失水率85％计)。
5.后续处理
采收糙皮侧耳，经搅碎、匀浆、腐烂、过滤，每公斤鲜菇稀释成0.6L(升)浆液，浆液中铬离子含量为487.48mg/L。
调节浆液的pH值，调节电解液，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；将鲜菇浆液中的铬离子还原为金属铬。
6、菌渣菌液沼气化处理
去除重金属离子后的糙皮侧耳浆液加入到沼气池中，用于产生沼气。
本例中，糙皮侧耳对铬(Cr)的富集量可达3250mg/kg(干重)。采用糙皮侧耳对1000kg铬(Cr)污染土壤修复植物尼科菊(最高含铬量可达2500m/kg)进行后续处理，可得到约487.48g金属铬(Cr)，拔出尼科菊体内60-80％的污染重金属。
实施例六
本例是以富铅植物紫花苜蓿(Medicago sativa)(修复土壤重金属铅污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培双孢蘑菇(Agaricus bisporus)。
处理工艺过程同实施例二。
培养料配制；植物基料70％，干牛(猪)粪22％，菜饼3.4％，磷肥1.8％，尿素1％，石灰1％，石膏0.85％。
其它同实施例二。
实施例七
本例是以富镉植物天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulenscens)(修复土壤重金属镉污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培大孢蘑菇(Agaricus macrosporus)。
处理工艺过程同实施例一。
培养料配制；植物基料80％，干牛(猪)粪12％，菜饼2.4％，磷肥1.2％，尿素1％，石灰1％，石膏0.9％。
其它同实施例一。
实施例八
本例是以富镉植物天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulenscens)(修复土壤重金属镉污染的高富集及常用植物为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培高大环柄菇(Macrolepiota procera)。
处理工艺过程同实施例一。
培养料配方：植物基料93％，石膏2.3％，过磷酸钙2.2％，石灰2％，尿素0.6％。
其它同实施例一。
实施例九
本例是以富铜植物高山甘薯(Ipomoea alpine)(修复土壤重金属铜污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培鸡腿蘑(Coprinus comatus)。
处理工艺过程同实施例四。
培养料配方：植物基料65％，棉子壳25％，麸皮5％，，石灰3％钙镁磷肥2％。
其它同实施例四。
实施例十
本例是以富铅植物紫花苜蓿(Medicago sativa)(修复土壤重金属铅污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培毡盖木耳(Auricularia mesenterica)。
处理工艺过程同实施例二。
培养料配方：植物基料75％麸皮(或米糠)15％锯木屑(阔叶树)8％石膏粉1.2％白糖1％。
其它同实施例二。
实施例十一
本例是以富铬(Cr)植物尼科菊(Dicoma niccolifera)(修复土壤重金属铬污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培羊肚菌(Morchella esculenta)。
处理工艺过程同实施例五。
培养料配方：植物基料75％、麸皮20％、腐殖土3％、磷肥1％、石膏1％、石灰0.5％。
其它同实施例五。
实施例十二
本例是以富锌植物禾秆蹄盖蕨(Athyrium yokoscense)(修复土壤重金属锌污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培金福菇(Tricholoma Lobayensc)。
处理工艺过程同实施例三。
培养料配方：植物基料78％ 棉籽壳18％ 石灰2％ 石膏1％过磷酸钙1％。
其它同实施例三。
实施例十三
本例是以富锌植物禾秆蹄盖蕨(Athyrium yokoscense)(修复土壤重金属锌污染的高富集及常用植物)为对象，粉碎并与普通稻草粉组合(5∶5)为主要植物基料来栽培油口蘑(Tricholoma equestre)。
处理工艺过程同实施例三。
培养料配方：植物基料80％棉籽壳16％石灰2％石膏1％过磷酸钙1％。
其它同实施例三。
Claims (7)
1.一种利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于利用能高富集重金属的蕈菌作为生物反应器，将高富集重金属植物收割、粉碎，作为培养基料，栽种对重金属具强富集能力的蕈菌，当蕈菌菌体成熟后，采收菌体并经搅碎、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/和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所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于所述重金属为环境污染方面所指的重金属，生物毒性显著的镉、铅、铬、锌或铜。
3.根据权利要求1所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于所述蕈菌为糙皮侧耳，双孢蘑菇，大孢蘑菇，高大环柄菇，鸡腿蘑，毡盖木耳，羊肚菌，金福菇或油口蘑。
4.根据权利要求1所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，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/和螯合沉淀方法将蕈菌浆液中的重金属离子去除。
5.根据权利要求1或4所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于所述的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或合金。
6.根据权利要求1或4所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于所述的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。
7.根据权利要求1所述的利用蕈菌处理高富集重金属植物的技术，其特征在于去除重金属离子后的蕈菌培养料残渣和蕈菌浆液加入到沼气池中，用于沼气发酵。
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