CN102527713A

CN102527713A - 一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法

Info

Publication number: CN102527713A
Application number: CN2011104517386A
Authority: CN
Inventors: 柴立元; 杨志辉; 邓新辉; 杨卫春; 唐崇俭
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102527713B

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法。将经过改良察氏液体培养基培养的Penicillium chrysogenum F1孢子液培养后，制备得到淋滤菌液；淋滤风干、破碎的重金属污染土壤。采用本发明修复重金属(Pb，Zn，Cd和Cu)复合污染土壤，土壤Pb的去除率达到14％，Cd的去除率达到63％，Zn的去除率达到54％，Cu的去除率达到56％。该发明修复重金属污染土壤见效快、重金属去除高效、不存在二次污染等优点。

Description

一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法

技术领域

本发明属于环境工程领域，涉及一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法，具体是利用菌株治理重金属污染土壤的生物修复方法，特别是铅锌冶炼废渣堆放场重金属污染土壤的生物淋滤修复方法。

背景技术

随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。目前，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，Ni100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万hm²的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8％，其中轻度污染的占46.7％，中度污染的占9.7％，严重污染的占8.4％。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性和污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。因此，治理和恢复的难度大。世界各国对土壤重金属污染修复技术进行广泛的研究，取得了可喜的进展。

重金属污染土壤的修复思路可归纳为两种：一种是重金属仍然存在于土壤中，通过向土壤中添加化学试剂或微生物等方法降低重金属的毒性，从而达到治理的目的，该方法的一个潜在弱点在于，重金属仍存在于土壤中，如果土壤环境发生变化，有可能导致二次污染。另一种是通过溶解络合等方式减少土壤中重金属的含量，该方法可以同时征对几种重金属，没有专一性，并且成本低，操作简单，不存在二次污染的可能性。

本发明采用了第二种思路，利用Penicillium chrysogenum F1产生的代谢产物，溶解土壤中的重金属，减少土壤中重金属的含量，达到治理的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法，具体是利用菌株治理重金属复合污染土壤的生物淋滤修复方法。该方法成本低廉、修复快速、且不存在二次污染。

一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法，是将菌株Penicillium ChrysogenumF1，CGMCC No.5599用于淋滤修复重金属污染的土壤。

所述的菌液是经过改良察氏液体培养基培养得到的菌液，改良察氏液体培养基组成为：90g葡萄糖，1g K₂HPO₄，3g NaNO₃，0.5g MgSO₄，0.5g KCl，0.01gFeSO₄，加水至1L，用0.1mol/L HCl调节培养基pH＝7.0。

具体包括以下步骤：

(1)取已配好的改良察氏液体培养基灭菌；待灭菌培养基冷却后，接种菌株Penicillium Chrysogenum F1，CGMCC No.5599的孢子液，培养，制备用于重金属污染土壤生物淋滤的菌液；

(2)将重金属污染土壤风干破碎；

(3)灭菌土壤用步骤(1)得到的菌液淋滤。

步骤(1)中的孢子液是挑取Penicillium chrysogenum F1菌落，于察氏固体培养基培养以获取菌株孢子用于接种，7天后，用无菌枪头吸取无菌水冲洗Penicillium chrysogenum F1的菌落表面，制备Penicillium chrysogenum F1 10⁷～10⁸数量级的孢子液。

步骤(1)中取49mL已配好的改良察氏液体培养基，装入250mL锥形瓶中，置于150℃灭菌锅中灭菌30min。

步骤(1)中待灭菌培养基冷却后，接种1-2mL孢子液，置于25℃恒温振荡培养箱中培养7-8天，制备用于重金属污染土壤生物淋滤的菌液。

步骤(2)中重金属污染土壤包括Pb、Zn、Cu和Cd污染的土壤，其含量分别不低于500mg/kg、500mg/kg、400mg/kg和1mg/kg。

步骤(2)中土壤破碎后过2mm筛，取筛下土壤置于150℃灭菌锅中灭菌30min。

步骤(3)中待修复土壤质量与菌液体积的比例为1∶20～7∶40。

步骤(3)中淋滤温度为25～30℃；淋滤速度120～150r/min；恒温，120～150r/min振荡，淋滤8～10天。

发明人采集湖南某冶炼厂冶炼废渣堆放场下土壤，经过筛选、分离，得到一种在代谢过程中能产生大量有机酸的菌株，经鉴定，该菌株的18s rDNA基因序列与Penicillium Chrysogenum strain ATCC 10002的18s rDNA有100％的相似性，该菌株的ITS基因序列与Penicillium Chrysogenum strain ATCC 11709 ITS基因序列有100％的相似性，命名为Penicillium Chrysogenum F1。该菌株已于2011年12月15日向中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)提交专利生物保藏，保藏号CGMCC No.5599。

本发明所具有的优点：

(1)成本低，经济效益显著：本发明利用从冶炼废渣堆场分离出来的土著菌株修复重金属污染土壤，除培养基外，不需添加其他化学试剂，且淋滤出的重金属可回收利用，因此该修复方法成本较低。

(2)修复高效、快速：本发明修复重金属污染土壤的时间为8天，土壤Pb的去除率达到14％，Cd的去除率达到63％，Zn的去除率达到54％，Cu的去除率达到56％。

(3)无二次污染：淋滤液中的重金属可回收利用，对周围环境和地下水不会造成二次污染，降低了土壤修复后的生态风险。

(4)本发明方法修复土壤后，大量培养基保留在土壤中，能改善土壤理化性质、提高土壤的肥力，有利于土壤生态修复。

附图说明

图1：本发明对重金属(Pb，Zn，Cd和Cu)复合污染土壤处理效果；

图2：本发明对不同淋滤方法效果比较；

图3：本发明对灭菌和未灭菌土壤淋滤方法效果比较。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1：湖南株洲某冶炼厂冶炼废渣堆放场复合污染土壤生物淋滤修复

分别挑取Penicillium chrysogenum F1菌落，于察氏固体培养基(蔗糖30g，K₂HPO₄ 1g，NaNO₃ 3g，MgSO₄ 0.5g，KCl 0.5g，FeSO₄ 0.01g，琼脂20g，加H₂O至1L；用0.1mol L-1HCl调节培养基pH值至6.7)培养以获取菌株孢子用于接种，7天后，用无菌枪头吸取无菌水冲洗Penicillium chrysogenum F1的菌落表面，制备Penicillium chrysogenum F1 10⁷数量级孢子液。

将采集到的湖南株洲某冶炼厂厂区内冶炼废渣堆下土壤，风干，磨碎，过2mm孔径筛，置于150℃灭菌锅中灭菌30min。称葡萄糖90g，K₂HPO₄ 1g，NaNO₃3g，MgSO₄ 0.5g，KCl 0.5g，FeSO₄ 0.01g溶于1L H₂O，用0.1mol L^-1HCl调节培养基pH值至7.0，制备改良察氏液体培养基。取49mL已配好的改良察氏液体培养基，装入250mL锥形瓶中，置于150℃灭菌锅中灭菌30min。灭菌完毕冷却后，接种1mL10⁷数量级上述孢子液于灭菌改良察氏液体培养基中，置于25℃恒温振荡培养箱中培养7天，得到生物淋滤用的菌液。往2.5g灭菌土壤在恒温振荡培养箱中用50mL菌液淋滤8天，淋滤速度120r/min，温度25℃，每隔一天取出称重，由于水分蒸发减少的重量通过添加无菌水恒重，8天后取出，过滤，测滤液中重金属浓度；采用ICP-AES测定滤液中各重金属的浓度，根据所测的浓度及2.5g土壤在50mL培养基中的浓度，计算各重金属的淋滤效率。

土壤中重金属Pb，Zn，Cu和Cd的含量由原来的Pb 1889.6mg/kg，Zn5682mg/kg，Cu1848.6mg/kg和Cd48.4mg/kg降低至Pb1616.74mg/kg，Zn2625.08mg/kg，Cu 822.07mg/kg和Cd17.80mg/kg，Pb的去除率达到14％，Cd的去除率达到63％，Zn的去除率达到54％，Cu的去除率达到56％。

实施例2采用不同淋滤方法Penicillium Chrysogenum F1修复重金属复合污染效果比较

取49mL改良察氏液体培养基装入250mL锥形瓶中灭菌，接种约10⁷数量级孢子液1mL，加入2.5g灭菌土壤。置于恒温震荡培养箱中(25℃，120r/min)震荡培养15天。实验分成3组，第一组为一步法，即在接种孢子液的同时加入土壤，第二组为二步法，即先培养菌7天，再加土壤，第三组为对照，只加土壤，不接种孢子液。每组实验三个重复。15天后取出过滤，滤液用于测重金属浓度，此浓度为淋滤后浓度，重金属浓度的测量采用ICP-AES测量。经检测，一步法效果分别为：Pb的去除率9.4％，Zn的去除率40％，Cd的去除率50％，Cu的去除率35％；二步法效果分别为：Pb的去除率14％，Zn的去除率54％，Cd的去除率63％，Cu的去除率56％(图2)。

实施例3Penicillium Chrysogenum F1修复未灭菌重金属复合污染土壤

取49mL改良察氏液体培养基装入250mL锥形瓶中灭菌，接种约10⁷数量级孢子液1mL，加入2.5g未灭菌土壤。置于恒温震荡培养箱中(25℃，120r/min)震荡培养15天。实验分成2组，第一组即先培养菌7天，再加未灭菌土壤，第二组为对照，先培养菌7天，再加灭菌土壤。每组实验三个重复。15天后取出过滤，滤液用于测重金属浓度，此浓度为淋滤后浓度，重金属浓度的测量采用ICP-AES测量。经检测，第一组各重金属去除率为：Pb的去除率12％，Zn的去除率55％，Cd的去除率67％，Cu的去除率53％第二组各重金属去除率为：Pb的去除率14％，Zn的去除率54％，Cd的去除率63％，Cu的去除率56％(图3)。

Claims

1.一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法，其特征在于，将菌株PenicilliumChrysogenum F1，CGMCC No.5599的菌液用于淋滤修复重金属污染的土壤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的菌液是经过改良察氏液体培养基培养得到的菌液，改良察氏液体培养基组成为：90g葡萄糖，1gK₂HPO₄，3g NaNO₃，0.5g MgSO₄，0.5g KCl，0.01g FeSO₄，加水至1L，用0.1mol/LHCl调节培养基pH＝7.0。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(2)将重金属污染土壤风干破碎；

(3)土壤用步骤(1)得到的菌液淋滤。

4.根据权利要求3所述的应用方法，其特征在于，

步骤(1)中的孢子液是挑取Penicillium chrysogenum F1菌落，于察氏固体培养基培养以获取菌株孢子用于接种，7天后，用无菌枪头吸取无菌水冲洗Penicillium chrysogenum F1的菌落表面，制备Penicillium chrysogenum F1 107～108数量级的孢子液。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中重金属污染土壤包括Pb、Zn、Cu和Cd污染的土壤，其含量分别不低于500mg/kg、500mg/kg、400mg/kg和1mg/kg。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中土壤破碎后过2mm筛，取筛下土壤置于150℃灭菌锅中灭菌30min。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中待修复土壤质量与菌液体积的比例为1∶20～7∶40。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中淋滤温度为25～30℃；淋滤速度120～150r/min；恒温，120～150r/min振荡，淋滤8～10天。