CN101372688A - 用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法。包括如下步骤：1)将经空气干燥后废弃生物质原料，粉碎或辗碎成1－20mm颗粒；2)将生物质颗粒在150－450℃和限氧条件下炭化并灭菌0.5－6小时，制得载体材料；3)按0.5－2mL/g固液比接入菌悬液后，进行增殖培养，则制得微生物固定化材料；4)将制得的微生物固定化材料按1－500吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，翻耕0－30cm表土而混匀，同时进行污染土壤生物修复和生产安全农产品。本发明的优点：载体材料含大量木质素结构、碳素及营养元素，为微生物生长提供了更适合的基质，亲和力强，固定化效率高；吸附能力强，对环境中污染物的抗性好；同时也是土壤肥料，适用于污染土壤的大规模原位生物修复。

Description

用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法

技术领域

本发明涉及微生物固定化技术，尤其是一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法。

背景技术

土壤是人类环境的重要组成部分，是不可缺少、不可再生的自然资源，是一切生物赖以生存、农作物生长的重要基础。同时土壤是各种污染物的源和汇。随着现代工农业生产的发展，化肥、农药大量施用，工业废水不断侵袭农田，城市工业废物和其他人工合成物质不断进入土壤，垃圾填埋渗漏，油井开采和大气沉降，造成土壤环境污染事故不断发生。污染物进入土壤后，不仅影响植物生长发育及土壤内部生物群的变化与物质的转化，导致粮食产量和质量下降；还会对地表水、地下水等造成次生污染。污染物可通过土壤-植物系统，对农产品安全构成严重威胁；经食物链进入人体，危害人群健康。在北京、沈阳、广州、天津、南京、兰州和上海等许多地区，土壤及地下水污染已经导致癌症等疾病的发病率和死亡率明显高于没有污染的对照区数倍到10多倍。与土壤重金属污染相比，土壤持久性有机物污染日益突出，如多环芳烃(PAHs)已成为我国土壤环境中较为常见的一类重要有机污染物，污染浓度已从μg/kg量级上升到mg/kg量级，其检出率从不到20％上升到80％以上，由此导致我国主要农产品中PAHs的超标率达20％左右。这些污染物不仅使土壤退化，而且影响农产品的安全，因此，保持土壤环境安全意义重大。缓解和修复土壤污染是环境科学和工程中急待解决的重要问题，已成为国内外环境科学乃至土壤科学的热点研究问题和前沿领域之一。全球特别是我国土地资源有限，粮食短缺，即使在土壤有机污染地区仍需生产农产品，往往造成农产品污染，因此，急需同时解决污染土壤修复和农产品安全生产难题。然而迄今没有相关专利报道。

土壤微生物修复是去除土壤环境中有机污染物的主要途径。然而，由于存在单位体积内有效降解菌浓度低等问题，微生物修复不能大规模的应用于原位污染土壤修复，而微生物固定化技术恰能克服这些弊端。因而，微生物修复技术和固定化技术的结合对于实现稳定高效的有机污染物微生物修复具有重要意义。微生物固定化技术是指利用化学或物理的方法，将游离的细胞(微生物)或酶定位于限定的空间区域内，并使其保持活性且能反复使用的技术。固定化微生物技术是20世纪80年代兴起的一种新型生物技术，可以大幅度地提高参加反应的微生物浓度，增强微生物的耐环境冲击性，可根据需要选择适宜的微生物，可降低二次污染等。因而该技术被广泛用于修复受污染的水体和泥浆环境中，但将固定化微生物技术应用于修复受有机物污染土壤的研究，国内外则刚刚起步。由于土壤本身的复杂性和特殊性，急需开发环境友好的固定化微生物颗粒的载体，克服在土壤中有机污染物浓度的非均质性对固定化颗粒造成的冲击。固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选择的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。

CN1982446公开了一种以泥炭土为载体的固定化细菌制备方法，步骤为：以经过碱化与浸润处理的泥炭土为载体材料，高温高压蒸汽灭菌后，接入菌悬液，然后增殖培养，便制得所需固定化颗粒；适宜原位土壤大规模修复。

CN1982447公开了一种以蛭石为载体的真菌和细菌联合固定化方法，步骤为：以经过改性与浸润处理的蛭石为载体材料，高温高压蒸汽灭菌后，接种真菌与细菌的混合菌，然后增殖培养，便制得所需固定化混合菌颗粒。

CN1952124公开了一种用于多环芳烃污染土壤修复的固定化颗粒制备方法，以玉米芯为主要载体材料，将新鲜、干燥、经粉碎或辗碎至1.5～2cm玉米芯，与辅料棉仁饼、麸皮、豆饼粉、稻糠和/或麦麸混合，按重量百分比计，其中玉米芯70～85％，铺料15～30％；调节水分重量为含水量40～55％，调pH为6.3～6.5，高压灭菌，接入长满真菌孢子的原种，增殖培养，便制得所需固定化颗粒。

发明内容

本发明目的是提供一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法。

一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备方法。包括如下步骤：

1)将经空气干燥后废弃生物质原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在150-450℃和限氧条件下进行炭化并灭菌0.5-6小时，制得微生物固定化的载体材料；

3)按0.5-2mL/g的固液比接入菌悬液后，进行增殖培养，则制得微生物固定化材料。

所述的废弃生物质原料包括大豆秆、水稻秆、玉米秆或小麦秆农业秸秆废弃物。生物质颗粒的炭化和灭菌温度为200-400℃。生物质颗粒的炭化和灭菌时间为1-5小时。载体材料按0.5-2mL/g的固液比用无菌水或增殖培养基浸润12-24小时。菌悬液中的菌种为细菌、白腐真菌、毛霉、木霉、产黄青霉或黑曲霉，培养温度为25-30℃。

一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的使用方法。包括如下步骤：将微生物固定化材料按1-500吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

所述的微生物固定化材料按1-250吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-20cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化颗粒充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。有机污染物为多环芳烃、多氯联苯、二恶英、有机氯农药或爆炸物及其降解中间产物。

本发明的优点：载体材料环境友好且长期有效，制备原料易得、工艺简单；具有大量的木质素结构、碳素及营养元素，为微生物生长提供了更适合的基质，也可作为土壤肥料；对微生物有良好的亲和力，固定化效率高，与土著微生物的竞争力增强；具有强的吸附能力，对环境中污染物的抗性得以大大改善；适用于污染土壤的大规模原位生物修复。

具体实施方式

实施例1

1)将经空气干燥后废弃大豆秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在150℃和限氧条件下进行炭化并灭菌0.5小时，制得微生物固定化的载体材料；

3)按0.5mL/g的固液比接入白腐真菌悬液后，进行增殖培养12小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按200吨/公顷土壤投加于多环芳烃污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

实施例2

1)将经空气干燥后废弃大豆秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在300℃和限氧条件下进行炭化并灭菌1小时，制得微生物固定化的载体材料

3)按2mL/g的固液比接入白腐真菌悬液后，进行增殖培养24小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按10吨/公顷土壤投加于多环芳烃污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

实施例3

1)将经空气干燥后废弃大豆秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在400℃和限氧条件下进行炭化并灭菌5小时，制得微生物固定化的载体材料

3)按1mL/g的固液比接入白腐真菌悬液后，进行增殖培养12小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按100吨/公顷土壤投加于多环芳烃污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

实施例4

1)将经空气干燥后废弃水稻秸秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在200℃和限氧条件下进行炭化并灭菌2小时，制得微生物固定化的载体材料；

3)按1.5mL/g的固液比接入菌悬液后，进行增殖培养12小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按500吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

实施例5

1)将经空气干燥后废弃水稻秸秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在350℃和限氧条件下进行炭化并灭菌2小时，制得微生物固定化的载体材料

3)按2mL/g的固液比接入菌悬液后，进行增殖培养24小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按10吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

实施例6

1)将经空气干燥后废弃水稻秸秆原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在450℃和限氧条件下进行炭化并灭菌3小时，制得微生物固定化的载体材料

3)按1mL/g的固液比接入菌悬液后，进行增殖培养12小时，则制得微生物固定化材料；

4)将制得的微生物固定化材料按150吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

Claims (9)

1.一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将经空气干燥后废弃生物质原料，粉碎或辗碎成1-20mm颗粒；

2)将生物质颗粒在150-450℃和限氧条件下进行炭化并灭菌0.5-6小时，制得微生物固定化的载体材料；

3)按0.5-2mL/g的固液比接入菌悬液后，进行增殖培养，则制得微生物固定化材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的废弃生物质原料包括大豆秆、水稻秆、玉米秆或小麦秆农业秸秆废弃物。

3.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的生物质颗粒的炭化和灭菌温度为200-400℃。

4.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的生物质颗粒的炭化和灭菌时间为1-5小时。

5.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料及使用方法，其特征在于所述的载体材料按0.5-2mL/g的固液比用无菌水或增殖培养基浸润12-24小时。

6.根据权利要求1所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料及使用方法，其特征在于所述菌悬液中的菌种为细菌、白腐真菌、毛霉、木霉、产黄青霉或黑曲霉，培养温度为25-30℃。

7.一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的使用方法，其特征在于将微生物固定化材料按1-500吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-30cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化材料充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

8.根据权利要求7所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的使用方法，其特征在于所述的微生物固定化材料按1-250吨/公顷土壤投加于有机物污染土壤中，并对表层0-20cm土壤进行翻耕，使其与微生物固定化颗粒充分混匀，污染土壤中同时进行生物修复和生产安全农产品。

9.根据权利要求7所述的一种用于污染土壤修复的微生物固定化材料的使用方法，其特征在于所述的有机污染物为多环芳烃、多氯联苯、二恶英、有机氯农药或爆炸物及其降解中间产物。