CN106975657B - 利用生物法修复土壤砷污染的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保技术领域，公开了利用生物法修复土壤砷污染的工艺，其包括如下步骤：首先将砷污染的土壤进行翻耕，晾晒，粉碎，控制粒径小于2mm，然后喷洒水，保持土壤含水量为30wt％，再按照每吨土壤使用100g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂，第三天，翻耕一次土壤，然后按照每吨土壤使用50g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂；修复时间为一周。本发明的修复方法操作简单易行，修复成本低，环保无污染，可应用于大规模的砷污染土壤中。

Description

利用生物法修复土壤砷污染的工艺
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及利用生物法修复土壤砷污染的工艺。
背景技术
砷污染是指由砷或其化合物所引起的环境污染。砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。大气含砷污染除岩石风化、火山爆发等自然原因外，主要来自工业生产及含砷农药的使用、煤的燃烧。含砷废水、农药及烟尘都会污染土壤。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。元素砷的毒性极低，砷化物均有毒性，三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。
天然存在含高浓度砷的土壤很少，一般每公斤土壤中含砷约为 6毫克。被污染土壤中的砷来自含砷农药的施用，矿山、工厂含砷废水的排放以及燃煤、冶炼排出的含砷飘尘的降落。动物因吃了喷洒这种农药的庄稼而死亡的事故多次发生。砷可以在土壤中积累并由此进入农作物的组织之中，砷对农作物产生毒害作用的最低浓度为3毫克/升。
目前砷土壤的治理方法主要分为物理法、化学法和生物法。目前常用的物理修复法主要有气相抽提技术和热脱附技术；化学修复法主要有淋洗技术、固定/稳定化技术以及氧化-还原技术；生物修复方法主要有植物修复技术和微生物修复技术。物理和化学方法主要适用于工业污染地下水、污泥以及土壤的修复，它们往往存在工程量大、花费高和易产生二次污染的弊端。相比之下，生物修复方法更为环保，更适合农业种地的治理，但是植物修复方法往往周期较长，无法达到快速高效的治理目的，而微生物修复法是通过生物的代谢作用或其产生的酶降低砷毒性。微生物修复方法因其具有经济友好、对环境扰动小的优势，在土壤和水体环境的修复中具有广阔前景，是一种适宜的砷治理方法。
发明内容
为了克服现有技术中土壤砷污染修复方法的缺陷，本发明提供了利用生物法修复土壤砷污染的工艺。
本发明是采用如下技术方案实现的：
利用生物法修复土壤砷污染的工艺，其包括如下步骤：
首先将砷污染的土壤进行翻耕，晾晒，粉碎，控制粒径小于2mm，然后喷洒水，保持土壤含水量为30wt％，再按照每吨土壤使用100g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂，第三天，翻耕一次土壤，然后按照每吨土壤使用50g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂；修复时间为一周。
具体地，所述微生物制剂按照如下步骤制备而得：
往凹凸棒土中加入同等重量的质量分数为12%的盐酸溶液，300rpm搅拌20min，再添加占凹凸棒土1%重量份的十二烷基磺酸钠和5%重量份的纤维素，200rpm搅拌60min，然后离心收集沉淀；将小麦秸秆用粉碎机粉碎，然后过100目筛，得到秸秆粉；将上述沉淀和秸秆粉按照3-5:2-3的质量比混合搅拌均匀，即得载体；
将地衣芽孢杆菌、门多萨假单胞菌、珊瑚色诺卡式菌、成晶节杆菌、铜绿假单胞菌、溶纸梭菌分别经斜面培养、摇瓶种子培养和发酵罐培养获得发酵液；上述六种发酵液的浓度均控制在1×1010cfu/ml；
将地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液按照5:3:3:2:1:1的体积比混合均匀，得到混和菌液；然后将混合菌液和载体按照1-2:2-3的质量比混合，200rpm搅拌3min，然后进行低温干燥，干燥温度为18℃，干燥后含水量为8wt％，包装，即得。
具体地，
所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CCTCCNo.M206082（CN101037659A）；
所述门多萨假单胞菌为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina) CGMCCNo.3386（可参见CN200910245097.1）；
所述珊瑚色诺卡式菌为珊瑚色诺卡式菌(Nocardia coralline)ACCC 40100；
所述成晶节杆菌为成晶节杆菌(Arthrobacter crystallopoietes)ATCC 15481；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442；
所述溶纸梭菌为溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395。
本发明的各菌种的斜面培养、摇瓶种子培养和发酵罐培养方式为本领域的常规培养方式，不是本发明创新点，限于篇幅，此处不详述。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明的修复方法操作简单易行，修复成本低，环保无污染，可应用于大规模的砷污染土壤中，应用前景广阔；本发明通过酸化和表面活性剂处理，用长链阳离子取代了凹凸棒土之间的阳离子，使得凹凸棒土层间距变大，同时载体表面吸附了部分无机阳离子，使得疏水性提高，增加了吸附点位多，能够为AsO2 -和AsO43-提供更多的吸附位点；农作物秸秆粉不仅可作为载体填充物，还可以作为农作物肥料，一举两得，变废为宝；本发明的微生物制剂配伍合理，共生协调，互不拮抗，形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，能够有效地修复砷污染土壤。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
利用生物法修复土壤砷污染的工艺，其包括如下步骤：
首先将砷污染的土壤进行翻耕，晾晒，粉碎，控制粒径小于2mm，然后喷洒水，保持土壤含水量为30wt％，再按照每吨土壤使用100g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂，第三天，翻耕一次土壤，然后按照每吨土壤使用50g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂；修复时间为一周。
所述微生物制剂按照如下步骤制备而得：
往凹凸棒土中加入同等重量的质量分数为12%的盐酸溶液，300rpm搅拌20min，再添加占凹凸棒土1%重量份的十二烷基磺酸钠和5%重量份的纤维素，200rpm搅拌60min，然后离心收集沉淀；将小麦秸秆用粉碎机粉碎，然后过100目筛，得到秸秆粉；将上述沉淀和秸秆粉按照3:2的质量比混合搅拌均匀，即得载体；
将地衣芽孢杆菌、门多萨假单胞菌、珊瑚色诺卡式菌、成晶节杆菌、铜绿假单胞菌、溶纸梭菌分别经斜面培养、摇瓶种子培养和发酵罐培养获得发酵液；上述六种发酵液的浓度均控制在1×1010cfu/ml；
将地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液按照5:3:3:2:1:1的体积比混合均匀，得到混和菌液；然后将混合菌液和载体按照1:2的质量比混合，200rpm搅拌3min，然后进行低温干燥，干燥温度为18℃，干燥后含水量为8％，包装，即得。
所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CCTCCNo.M206082（CN101037659A）；
所述门多萨假单胞菌为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina) CGMCCNo.3386（可参见CN200910245097.1）；
所述珊瑚色诺卡式菌为珊瑚色诺卡式菌(Nocardia coralline)ACCC 40100；
所述成晶节杆菌为成晶节杆菌(Arthrobacter crystallopoietes)ATCC 15481；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442；
所述溶纸梭菌为溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395。
实施例2
利用生物法修复土壤砷污染的工艺，其包括如下步骤：
首先将砷污染的土壤进行翻耕，晾晒，粉碎，控制粒径小于2mm，然后喷洒水，保持土壤含水量为30wt％，再按照每吨土壤使用100g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂，第三天，翻耕一次土壤，然后按照每吨土壤使用50g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂；修复时间为一周。
所述微生物制剂按照如下步骤制备而得：
往凹凸棒土中加入同等重量的质量分数为12%的盐酸溶液，300rpm搅拌20min，再添加占凹凸棒土1%重量份的十二烷基磺酸钠和5%重量份的纤维素，200rpm搅拌60min，然后离心收集沉淀；将小麦秸秆用粉碎机粉碎，然后过100目筛，得到秸秆粉；将上述沉淀和秸秆粉按照5:3的质量比混合搅拌均匀，即得载体；
将地衣芽孢杆菌、门多萨假单胞菌、珊瑚色诺卡式菌、成晶节杆菌、铜绿假单胞菌、溶纸梭菌分别经斜面培养、摇瓶种子培养和发酵罐培养获得发酵液；上述六种发酵液的浓度均控制在1×1010cfu/ml；
将地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液按照5:3:3:2:1:1的体积比混合均匀，得到混和菌液；然后将混合菌液和载体按照2:3的质量比混合，200rpm搅拌3min，然后进行低温干燥，干燥温度为18℃，干燥后含水量为8％，包装，即得。
所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CCTCCNo.M206082；
所述门多萨假单胞菌为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina) CGMCCNo.3386；
所述珊瑚色诺卡式菌为珊瑚色诺卡式菌(Nocardia coralline)ACCC 40100；
所述成晶节杆菌为成晶节杆菌(Arthrobacter crystallopoietes)ATCC 15481；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442；
所述溶纸梭菌为溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395。
实施例3
1.本发明工艺中各菌株的配伍协同除砷效果验证：
选择土壤样本砷含量为150mg/kg；处理流程同实施例1；
各组别的微生物制剂分别为：试验组：实施例1组；对照1：不添加地衣芽孢杆菌，其他同实施例1；对照2：不添加门多萨假单胞菌，其他同实施例1；对照3不添加珊瑚色诺卡式菌，其他同实施例1；对照4：不添加成晶节杆菌，其他同实施例1；对照5：不添加铜绿假单胞菌，其他同实施例1；对照6：不添加溶纸梭菌，其他同实施例1；具体结果见表1：
表1
组别 试验组 对照1 对照2 对照3 对照4 对照5 对照6
砷浓度（mg/kg） 5.7 48.1 32.6 21.5 27.3 17.5 23.9
结论：本发明工艺使用的复合微生物制剂修复效果好，各菌株相互协同，配伍合理，除砷能力较好，应用前景广阔。
2.本发明工艺中微生物载体的性能测试：选择土壤样本砷含量控制在150mg/kg；处理流程同实施例2；设置载体对照组：以硅藻土作为对照1, 其余同实施例2；锯末作为对照2, 其余同实施例2；具体结果见表2：
表2
组别 实施例2组 对照1 对照2
砷浓度（mg/kg） 4.9 23.6 35.1
结论：本发明载体经过活化处理，提高了砷吸附能力，与菌株匹配效果好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.利用生物法修复土壤砷污染的工艺，其包括如下步骤：
首先将砷污染的土壤进行翻耕，晾晒，粉碎，控制粒径小于2mm，然后喷洒水，保持土壤含水量为30wt％，再按照每吨土壤使用100g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂，第三天，翻耕一次土壤，再按照每吨土壤使用50g微生物制剂的添加量播撒微生物制剂；修复时间为一周；
所述微生物制剂按照如下步骤制备而得：将地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液按照5:3:3:2:1:1的体积比混合均匀，得到混和菌液；然后将混合菌液和载体按照1-2:2-3的质量比混合，200rpm搅拌3min，然后进行低温干燥，干燥温度为18℃，干燥后含水量为8wt％，包装，即得；
所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CCTCC No.M206082；
所述门多萨假单胞菌为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina) CGMCC No.3386；
所述珊瑚色诺卡式菌为珊瑚色诺卡式菌(Nocardia coralline)ACCC 40100；
所述成晶节杆菌为成晶节杆菌(Arthrobacter crystallopoietes)ATCC 15481；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442；
所述溶纸梭菌为溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395；
所述载体按照如下步骤制备而得：
往凹凸棒土中加入同等重量的质量分数为12%的盐酸溶液，300rpm搅拌20min，再添加占凹凸棒土1%重量份的十二烷基磺酸钠和5%重量份的纤维素，200rpm搅拌60min，然后离心收集沉淀；将小麦秸秆用粉碎机粉碎，然后过100目筛，得到秸秆粉；将上述沉淀和秸秆粉按照3-5:2-3的质量比混合搅拌均匀，即得载体。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液的浓度均控制在1×1010cfu/mL。
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