CN106216386A - 一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法，包括淹水、电化学部分和生物治理部分，其中电化学部分包括①检测重金属离子含量；②配制含多类无毒配位体的化学制剂；③将化学制剂投加入目标水体，并接通交流电；④将重金属离子从固化的土壤中释放到水体中，然后切断电源，进入生物治理部分；生物治理部分包括①选取从褐藻食品工业厂收集的褐藻废渣、黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；②培养目标微生物；③将培养好的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌及事先收集的褐藻废渣移植到淹水的目标土壤中，褐藻废渣采用机械方式固定在多孔容器中。本发明菌种较多且可有效互补、效率高、经济性较好、治理周期短、适用范围广。

Description

一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤 的方法

技术领域

本发明涉及重金属防治领域，尤其涉及一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法。

背景技术

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，直接危害人体健康，并导致环境质量恶化。2011年4月初，我国首个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，防治规划力求控制5种重金属。

与大气和水污染相比，土壤修复显得更加困难。农业部农产品产地土壤重金属污染防治专家组成员、中国农业大学资源与环境学院教授苏德纯表示，不仅土壤污染危害严重，并且与一些有机污染物不同，土壤中的重金属无法降解，与土壤分离难度非常大，修复非常困难。

在国内已申请的相关专利中，专利《一种重金属污染土壤的微生物修复方法》（申请号：201110122739.6，公开日：2011-11-16）公开了一种利用球形红细菌制剂配合淹水治理土壤的方法，其工作原理主要为利用球形红细菌在富水厌氧环境下大量繁殖后吸附重金属，再经由水渗入地下降低土壤中的重金属浓度，但其在治理过程中土壤不能用于种植作业，治理过程较长，经济成本高，另一方面，菌种过于单一，普适性差，适用范围小，能治理的重金属种类及程度均较低；专利《重金属污染土壤微生物修复剂及其应用》（申请号：201410682558.2，公开日：2015-04-22）公开了一种采用枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母作为有效成份的重金属污染土壤治理剂，该发明的生物修复剂可以吸附一定比例的重金属，并可在土壤中存留一段时间，但热带假丝酵母属厌氧菌类，在干燥通风的土壤中无法长期存活，而枯草芽孢杆菌作为需氧菌则无法在湿性土壤中长久存活，两种有效菌种生存环境相冲突，另一方面，有效菌株类太少，由于每种微生物都有其局限，因此其治理土壤的效果既不长效、也不全面。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种采用可有效互补的一种藻类生物和两种细菌进行土壤治理、效率高、经济性较好、治理周期短、适用范围广的综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法，包括淹水、电化学部分和生物治理部分，其中：

所述电化学部分包括如下步骤：

①检测淹水后水体里的重金属离子含量；

②根据步骤①检测出的重金属离子含量配制含多类无毒配位体的化学制剂；

③将步骤②制取的化学制剂投加入目标水体，并在目标水体两端设置两极并分别连接交流电源的火线与零线；

④利用配位体将对应重金属离子从固化的土壤中释放到水体中，然后切断电源，进入生物治理部分。

所述生物治理部分包括如下步骤：

①选取目标生物，具体为从褐藻食品工业厂收集的褐藻废渣、黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

②培养目标微生物，具体为采用标准方式培养黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

③移植目标生物，将培养好的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌及事先收集的褐藻废渣移植到淹水的目标土壤中，其中褐藻废渣采用机械方式固定在不溶于水的多孔容器中。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，具有以下优点：有些土壤在种植作物时本身就会淹水（如水稻），因此本方法在应用时可以种植部分喜水经济作物，不浪费土地资源；常规的电化学治理土壤均为接通直流电让重金属离子向负离聚集后物理移除处理，但本身直流电源需要专业设备，且电能浪费较大，治理后土壤内不仅重金属离子含量不均匀，其它作物好需营养成分也会分布不均，治理后的土壤需要恢复期较长，但本方法由于电化学部分的目的并不是直接将重金属离子从土壤中去除，而是将之活化，利用重金属离子活化后溶于水并易被部分植物或微生物吸附的特点将重金属离子固化，使其不能再危害作物；选择的褐藻废渣仅利用了人类不需要的部分，治理成本低，而褐藻废渣虽然不是活体植物，但其表面仍然有大量羧基、硫酸脂基和氨基官能团，这些官能团可以和水体中的多种重金属离子发生离子交换，将重金属离子吸附固化在藻体表面；另选的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌能与褐藻废渣形成良好互补，使治理效果更加全面，且不易反复；由于生物修复时水体中大量重金属离子处理活化后的状态，因此吸附效率很好，又由于褐藻表面的官能团更易与活化后的重金属离子发生离子交换，因此大部分重金属离子被吸附在褐藻废渣上，这些重金属离子可以随着被机械固定在多孔容器中的褐藻废渣被取出水体并回收利用，成为环境友好的植物性矿源，产生经济效益。

具体实施方式

实施例1：

一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法，包括淹水、电化学部分和生物治理部分，其中：

所述电化学部分包括如下步骤：

①检测淹水后水体里的重金属离子含量；

②根据步骤①检测出的重金属离子含量配制含多类无毒配位体的化学制剂；

③将步骤②制取的化学制剂投加入目标水体，并在目标水体两端设置两极并分别连接交流电源的火线与零线；

④利用配位体将对应重金属离子从固化的土壤中释放到水体中，然后切断电源，进入生物治理部分。

所述生物治理部分包括如下步骤：

①选取目标生物，具体为从褐藻食品工业厂收集的褐藻废渣、黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

②培养目标微生物，具体为采用标准方式培养黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

③移植目标生物，将培养好的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌及事先收集的褐藻废渣移植到淹水的目标土壤中，其中褐藻废渣采用机械方式固定在不溶于水的多孔容器中。

本实施例在实验水体里进行实地效果验证，情况如下：取贵州省凯里市某重金属污染土壤作为实验土壤，对土壤内的Pb、Cu、Zn、Cd分别进行5次测量后取平均值，其中Pb含量以重量计为65.42mg/kg，Cu含量以重量计为62.23mg/kg，Zn含量以重量计为141.89mg/kg，Cd含量以重量计为0.52mg/kg；按本实施例实施方式实施后一天，再以同样方式进行检测，结果为：Pb含量以重量计为8.42mg/kg，Cu含量以重量计为7.93mg/kg，Zn含量以重量计为33.11mg/kg，Cd含量以重量计为0.09 mg/kg；按本实施例实施方式实施后两天，再以同样方式进行检测，结果为：Pb含量以重量计为5.22mg/kg，Cu含量以重量计为3.12mg/kg，Zn含量以重量计为18.57mg/kg，Cd含量以重量计为0.05mg/kg。

国家标准为：Pb（铅）含量以重量计不大于35mg/kg，Cu（铜）含量以重量计不大于35mg/kg，Zn（锌）含量以重量计不大于100mg/kg，Cd（镉）含量以重量计不大于0.20 mg/kg。

本发明的工作原理为：

有些土壤在种植作物时本身就会淹水（如水稻），因此本方法在应用时可以种植部分喜水经济作物，不浪费土地资源；常规的电化学治理土壤均为接通直流电让重金属离子向负离聚集后物理移除处理，但本身直流电源需要专业设备，且电能浪费较大，治理后土壤内不仅重金属离子含量不均匀，其它作物好需营养成分也会分布不均，治理后的土壤需要恢复期较长，但本方法由于电化学部分的目的并不是直接将重金属离子从土壤中去除，而是将之活化，利用重金属离子活化后溶于水并易被部分植物或微生物吸附的特点将重金属离子固化，使其不能再危害作物；选择的褐藻废渣仅利用了人类不需要的部分，治理成本低，而褐藻废渣虽然不是活体植物，但其表面仍然有大量羧基、硫酸脂基和氨基官能团，这些官能团可以和水体中的多种重金属离子发生离子交换，将重金属离子吸附固化在藻体表面；另选的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌能与褐藻废渣形成良好互补，使治理效果更加全面，且不易反复；由于生物修复时水体中大量重金属离子处理活化后的状态，因此吸附效率很好，又由于褐藻表面的官能团更易与活化后的重金属离子发生离子交换，因此大部分重金属离子被吸附在褐藻废渣上，这些重金属离子可以随着被机械固定在多孔容器中的褐藻废渣被取出水体并回收利用，成为环境友好的植物性矿源，产生经济效益。

本发明尤其适用于被多种重金属污染的富水、温润地域或洼地，尤其适用于水稻种植区域。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种综合利用电化学和微生物快速修复重金属污染湿性土壤的方法，包括淹水、电化学部分和生物治理部分，其特征在于：

所述电化学部分包括如下步骤：

①检测淹水后水体里的重金属离子含量；

②根据步骤①检测出的重金属离子含量配制含多类无毒配位体的化学制剂；

③将步骤②制取的化学制剂投加入目标水体，并在目标水体两端设置两极并分别连接交流电源的火线与零线；

④利用配位体将对应重金属离子从固化的土壤中释放到水体中，然后切断电源，进入生物治理部分；

所述生物治理部分包括如下步骤：

①选取目标生物，具体为从褐藻食品工业厂收集的褐藻废渣、黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

②培养目标微生物，具体为采用标准方式培养黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌；

③移植目标生物，将培养好的黄孢原毛平革菌和铜绿假单胞菌及事先收集的褐藻废渣移植到淹水的目标土壤中，其中褐藻废渣采用机械方式固定在不溶于水的多孔容器中。