CN101629172A - 用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于污染土壤修复的磁性微生物固定化材料的制备方法及用途。其步骤如下：1)将废弃生物质干燥、粉碎、过筛20－100目；2)过筛后生物质投加到0.1mol/L铁盐溶液中，边搅拌边滴加3－6mol/L NaOH溶液至pH9－10。沉淀经过滤、干燥、100－400℃下限氧碳化1－4h，制得载体材料；3)按1－10mL/g固液比接入菌悬液，并添加海藻酸钠；4)将上述混合悬液滴加到2－5％的CaCl2溶液中制成直径为1－20mm的颗粒，再将该颗粒进行增殖培养，制得磁性微生物固定化材料；5)将制得材料按2－20吨/公顷投加到污染土壤，并对表层0－30cm土壤翻耕，3－12个月后，磁分离回收后活化再生使用。本发明优点：材料具有磁性，粒径大小可控，使用后可通过磁分离回收；同时适用于污染土壤原位生物修复及异位泥浆反应器修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于污染土壤修复的磁性微生物固定化材料的制备方法及用途。
背景技术
土壤一直是人类赖以生存的不可缺少的自然资源。然而，随着现代工农业生产的不断发展，农业化肥、农药的大量使用，工业废水、城市生活污水和固体垃圾的不断侵袭，致使土壤污染日益严重，威胁人类健康和生态安全。与重金属污染相比，土壤持久性有机污染物污染，如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)等污染，由于其高风险性，已成为我国土壤污染治理关注的焦点。
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。在各种土壤微生物修复方法中，微生物固定化技术由于能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而备受关注。然而由于土壤本身的复杂性和特殊性，开发有利于微生物生长并能够提高微生物对有机污染物吸收和降解能力的固定化载体成为当前重点。目前，用于土壤污染修复的固定化材料主要有泥炭(CN1982446)、蛭石(CN1982447)、玉米芯(CN1952124)和炭化生物质(CN101372688)。这些材料来源丰富，廉价易得，环境友好。尤其是低温炭化制备的炭化生物质材料(或生物碳质材料)，不仅可以通过增强土壤离子交换性以及土壤对氮、磷等营养元素的截留作用提高土壤肥力；减少土壤中CO2、N2O和CH4等温室气体的释放；还可以强烈地吸附富集土壤中有机污染物；能促进土壤有益微生物的生长。
然而，上述固定化材料在施入土壤后都难以分离回收，容易造成资源浪费，并潜在二次污染。而且在制备过程中，这些固定化材料的颗粒粒径较难控制。而过大或过小的粒径都会对固定化微生物的生长产生不利影响。将炭化生物质材料赋上磁性，并引入海藻酸钙将其固定化，就能制备出一种粒径大小可控，并能通过磁分离技术实现其有效分离的磁性固定化材料。并且制得材料中含有的Fe(III)能够通过异化还原作用促进微生物获取营养成分和降解有机污染物，进一步提高固定化材料的性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法及用途。
用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法包括如下步骤：
1)将废弃生物质干燥、粉碎、过筛20-100目；
2)将过筛生物质投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加2-5mol/LNaOH溶液至pH 9-10，固体沉淀经过滤分离、干燥、100-400℃下限氧碳化1-4h，制得磁性载体材料；
3)按1-10mL/g固液比接入菌悬液，并按1-2g/100mL的固液比添加海藻酸钠，搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为2-5％的CaCl2溶液中制成颗粒，直径为1-20mm，进行增殖培养，制得磁性固定化微生物活性颗粒材料。
所述的废弃生物质包括废弃果皮、秸秆、稻壳、花生壳、甘蔗渣、松针、木屑、树皮、树木枯枝、玉米芯或废弃茶叶。铁盐溶液中的Fe2+∶Fe3+摩尔比为1∶2。颗粒生物质加入量为铁盐溶液重量的2-10％。菌悬液中的菌种为细菌(Bacillus sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)、黄孢原毛平革菌(PhanerochaeteChrysosporium)、毛霉(Mucor sp.)、曲霉菌(Aspergillus sp.)、青霉菌(Penicilliumsp.)。增殖培养所用的增殖培养基配比为10g葡萄糖、1g NaH2PO4或KH2PO4、0.5g NaNO3和1000mL水，按0.5-2mL/g的固液比加入增殖培养基浸润12-24小时，培养温度为15-35℃。
用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料用于多环芳烃、多氯联苯、二恶英、有机氯农药或爆炸物及其降解中间产物污染土壤的修复。所述污染土壤修复的微生物固定化颗粒按2-20吨/公顷投加到污染土壤中，并对表层0-30cm土壤翻耕，3-12个月后，磁分离固定化微生物活性颗粒，活化再生使用。
本发明制备的微生物固定化材料具有磁性，添加到土壤后可通过磁分离技术加以回收；材料本身含Fe(III)，其异化还原过程不仅能够促进微生物降解纤维素等生物质材料获取营养成分，而且能促进微生物对土壤中有机污染物(如多环芳烃、苯系物)的降解；具有强的吸附能力，对土壤中的污染物具有锁定作用；制得的磁性固定化材料同时适用于污染土壤的原位生物修复和异位泥浆反应器修复。
具体实施方式
实施例1
1)将经空气干燥后废弃水稻秸秆原料，粉碎过60目筛；
2)将粉碎好的秸秆颗粒投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加4mol/L NaOH溶液至溶液pH 9-10。固体沉淀经过滤分离、干燥、300℃下限氧碳化2h，制得载体材料；
3)按2mL/g固液比接入白腐真菌菌悬液，并添加海藻酸钠(1-2g海藻酸钠/100mL水)搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为2％的CaCl2溶液中制成颗粒(直径为1-20mm)，增殖培养12h，可获得磁性固定化微生物活性颗粒MIM-1。
5)将制得的微生物固定化颗粒按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，使其与磁性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。
6)12个月后，对磁性固定化微生物活性颗粒进行磁分离，活化再生使用。
实施例2
1)将经空气干燥后木屑废料，粉碎过20目筛；
2)将粉碎好的木屑颗粒投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加2mol/L NaOH溶液至溶液pH 9-10。固体沉淀经过滤分离、干燥、400℃下限氧碳化1h，制得载体材料MIM-2；
3)按1mL/G固液比接入白腐真菌菌悬液，并添加海藻酸钠(1-2g海藻酸钠/100mL水)搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为2％的CaCl2溶液中制成颗粒(直径为1-20mm)，增殖培养24h，可获得磁性固定化微生物活性颗粒。
5)将制得的微生物固定化颗粒按20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，使其与磁性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。
6)6个月后，对磁性固定化微生物活性颗粒进行磁分离，活化再生使用。
实施例3
1)将经空气干燥后废弃果皮废料，粉碎过100目筛；
2)将粉碎好的秸秆颗粒投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加3mol/L NaOH溶液至溶液pH 9-10。固体沉淀经过滤分离、干燥、250℃下限氧碳化3h，制得载体材料；
3)按5mL/g固液比接入白腐真菌与细菌混合悬液，并添加海藻酸钠(1-2g海藻酸钠/100mL水)搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为3％的CaCl2溶液中制成颗粒(直径为1-20mm)，增殖培养12h，可获得磁性固定化微生物活性颗粒MIM-3。
5)按2％投粒比将磁性固定化微生物活性颗粒投加，并泥浆反应器中尽力使其与微生物固定化颗粒充分混匀，进行污染土壤的生物修复。
6)6个月后，对磁性固定化微生物活性颗粒进行磁分离，活化再生使用。
实施例4
1)将经空气干燥后废弃茶叶废料，粉碎过100目筛；
2)将粉碎好的秸秆颗粒投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加5mol/L NaOH溶液至溶液pH 9-10。固体沉淀经过滤分离、干燥、100℃下限氧碳化4h，制得载体材料；
3)按10mL/g固液比接入白腐真菌与细菌混合悬液，并添加海藻酸钠(1-2g海藻酸钠/100mL水)搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为5％的CaCl2溶液中制成颗粒(直径为1-20mm)，增殖培养12h，可获得磁性固定化微生物活性颗粒MIM-4。
5)按2％投粒比将磁性固定化微生物活性颗粒投加与土壤混合，并在泥浆反应器中尽力使其与微生物固定化颗粒充分混匀，进行污染土壤的生物修复；
6)3个月后，对磁性固定化微生物活性颗粒进行磁分离，活化再生使用。
Claims (8)
1.一种用于土壤污染修复的磁性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)将废弃生物质干燥、粉碎、过筛20-100目；
2)将过筛生物质投加到0.1mol/L铁盐溶液中，在磁力搅拌下滴加2-5mol/LNaOH溶液至pH 9-10，固体沉淀经过滤分离、干燥、100-400℃下限氧碳化1-4h，制得磁性载体材料；
3)按1-10mL/g固液比接入菌悬液，并按1-2g/100mL的固液比添加海藻酸钠，搅拌均匀；
4)将上述混合悬液滴加到质量百分比为2-5％的CaCl2溶液中制成颗粒，直径为1-20mm，进行增殖培养，制得磁性固定化微生物活性颗粒材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于土壤污染修复的磁性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包括废弃果皮、秸秆、稻壳、花生壳、甘蔗渣、松针、木屑、树皮、树木枯枝、玉米芯或废弃茶叶。
3.根据权利要求1所述的一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的铁盐溶液中的Fe2+∶Fe3+摩尔比为1∶2。
4.根据权利要求1所述的一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的颗粒生物质加入量为铁盐溶液重量的2-10％。
5.根据权利要求1所述的一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的制备方法，其特征在于所述的菌悬液中的菌种为细菌(Bacillus sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)、黄孢原毛平革菌(Phanerochaete Chrysosporium)、毛霉(Mucor sp.)、曲霉菌(Aspergillus sp.)、青霉菌(Penicillium sp.)。
6.根据权利要求1所述的一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化磁性材料的制备方法，其特征在于所述的增殖培养所用的增殖培养基配比为10g葡萄糖、1g NaH2PO4或KH2PO4、0.5g NaNO3和1000mL水，按0.5-2mL/g的固液比加入增殖培养基浸润12-24小时，培养温度为15-35℃。
7.一种如权利要求1所述方法制备的用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的用途，其特征在于用于多环芳烃、多氯联苯、二恶英、有机氯农药或爆炸物及其降解中间产物污染土壤的修复。
8.根据权利要求7所述的一种用于土壤污染修复的磁性微生物固定化材料的用途，其特征在于，所述污染土壤修复的微生物固定化颗粒按2-20吨/公顷投加污染土壤，并对表层0-30cm土壤翻耕，3-12个月后，磁分离固定化微生物活性颗粒，活化再生使用。
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