CN107497838A - 自土壤去除重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自土壤去除重金属的方法，其包括以下步骤：添加一发酵液至一受重金属污染的土壤中，其中发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；以及自发酵液分离出土壤。本发明另提出一种自土壤去除重金属的方法，其包括以下步骤：种植一植物于一受重金属污染的土壤；添加一发酵液至土壤中，其中发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；培养植物至其长叶、开花或结果；以及移除植物地上部。

Description

自土壤去除重金属的方法

技术领域

本发明关于土壤复育的技术领域，且特别提出一种自土壤去除重金属的方法。

背景技术

工业的快速发展虽然带动整体经济繁荣，反而导致环境污染，如：空气污染、水污染、土地污染。重金属会导致土地污染，且由于污染源相对难以去除，进入人体内后造成的伤害极大，故重金属导致的土地污染格外受关注。

目前常用的处理土壤重金属的方法有：翻转稀释法、化学去除法、及植生复育法。「翻转稀释法」主要为将受污染的土壤翻堆混合，但事实上土壤仍存在有重金属并未真正自土壤去除。「化学去除法」主要为利用稀酸溶液或螯合剂与受污染的土壤作用；经化学去除法后，重金属虽然可自受污染的土壤去除，但作用后土壤质地与肥力变差，从而影响土壤后续应用。「植生复育法」主要为种植植物于受污染的土壤，而透过植物吸收重金属；然而，重金属与土壤颗粒分别带有正电荷与负电荷而相互吸引，故重金属不易移动，使得所须耗费的整治时间长。另方面，植物吸收重金属后，重金属多集中于植物根部，因而须移除整株植物始能自土壤去除重金属。若土壤受污染的程度过严重须多次进行植生复育法，则每次都须重新种植植物并待植物长叶、开花、或结果。如此一来，更延长多次进行整体耗费的整治时间。

由此之故，确实有必要提出一种新的土壤复育方法以解决目前常用的方法所面临的问题。

发明内容

本发明的目的在于改善目前常用的土壤复育方法所面临的问题。

于是，本发明提出一种自土壤去除重金属的方法，其包括：添加一发酵液至一受重金属污染的土壤中，其中发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；以及自发酵液分离出土壤。

依本发明，所用的发酵液能与重金属配位形成螯合物，由此于与土壤分离后便可自土壤去除重金属。

本发明另提出一种自土壤去除重金属的方法，其包括：种植一植物于一受重金属污染的土壤；添加一发酵液至土壤中，其中发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；培养植物至其长叶、开花或结果；以及移除植物地上部。

依本发明，所用的发酵液可促进植物生长，以提高植物对重金属所造成的毒害的耐受性。而且，所用的发酵液除了能与重金属配位形成螯合物，以于与土壤分离后可自土壤去除重金属外，亦可提升植物吸收重金属的能力，以协助重金属自植物地下部转移至地上部。由此方式，植物培养后直接移除地上部便可达到自土壤去除重金属的效果，非得须整株植物移除。若土壤的污染程度过严重，直接继续添加发酵液即可进行下一次去除，非得须重新种植植物。

附图说明

图1为一长条图，说明各添加物离场(off site)处理土壤后的镉金属含量。

图2为一长条图，说明各添加物离场处理土壤后的镉金属含量。

图3为一长条图，说明各添加物离场处理土壤后的镉金属含量。

图4为一长条图，说明水稻各器官经各添加物现场(on site)处理土壤后的镉金属含量。

具体实施方式

为让本发明上述及/或其他目的、功效、特征更明显易懂，下文特举较佳实施方式，作详细说明于下：

本发明的第一实施方式提出一种自土壤去除重金属的方法，其透过特定发酵液(亦即，发酵液具备螯合特性)与重金属配位形成螯合物后，直接自发酵液分离出土壤，便可自土壤去除重金属。关于此实施方式所提之方法的详细步骤如下：

首先，添加一发酵液至一受重金属污染的土壤中，而发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的。而，重金属的实例可以为但不限于镉、锌、汞、铜、铅、砷、镍、铬、钡、硒、或锑。另外，为放大发酵液体积以让发酵液可与土壤均匀混合，添加前发酵液可先与一适当液体混合，如：水、生理食盐水、液肥、或其他适于上述混合菌生长的培养液。此外，为使发酵液自土壤去除重金属的效果产生加成性(synergy)，于进行此发酵液添加步骤时，更可添加一螯合剂至土壤中，而螯合剂的实例可以为但不限于EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)、DTPA(diethylenetriaminepentaacetate)、NTA(nitrilotriacetic acid)、或EDDS(ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid)，或者另可添加一酸性溶液至土壤中，而酸性溶液的实例可以为但不限于氯化铁、氯化氢、柠檬酸、或醋酸。而且，于使用螯合剂的条件下，发酵液与螯合剂的重量比可为1：0.25至4；而于使用酸性溶液的条件下，发酵液与酸性溶液的重量比可为1：0.25至4。

最后，自发酵液分离出土壤。由于发酵液添加后，发酵液会与重金属配位形成螯合物，故分离后土壤的重金属含量会降低。

本发明的第二实施方式提出一种自土壤去除重金属的方法，此法透过植物的种植与特定发酵液的处理，以将发酵液与重金属配位形成螯合物(亦即，发酵液具备螯合特性)，并将重金属自土壤转移至植物地上部。之后，直接移除植物地上部便可自土壤去除重金属。关于此实施方式所提之方法的详细步骤如下：

首先，种植植物于受重金属污染的土壤。一般而言，草本植物的生命周期较木本植物的生命周期短，且草本植物的地上部较木本植物的地上部易移除，因此所用的植物以草本植物为宜。植物的实例可以为但不限于水稻、玉米、印度芥菜、甜菜根、向日葵、白茅、芦苇、培地茅、美洲阔苞菊、王爷葵、多花油柑、小果叶下珠、箭叶凤尾蕨、凤尾蕨、鳞盖凤尾蕨、波斯顿蕨、肾蕨、或长叶肾蕨；而，重金属的实例可以为但不限于镉、锌、汞、铜、铅、砷、镍、铬、钡、硒、或锑。另为促进植物生长，植物种植前可添加一肥料至土壤中，而肥料的实例可以为但不限于博卡西(Bokashi)肥料。

其次，添加一发酵液至土壤中，而发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的。另为放大发酵液体积以让发酵液可与土壤均匀混合，添加前发酵液可先与一适当液体混合，如：水、生理食盐水、液肥、或其他适于上述混合菌生长的培养液。此外，于本实施方式，此发酵液添加步骤于植物种植步骤后第15至45天进行。而且，为使发酵液自土壤去除重金属的效果产生加成性，于进行此发酵液添加步骤时，更可添加一螯合剂至土壤中，而螯合剂的实例可以为但不限于EDTA、DTPA、NTA、或EDDS，或者另可添加一酸性溶液至土壤中，而酸性溶液的实例可以为但不限于氯化铁、氯化氢、柠檬酸、或醋酸。另外，于使用螯合剂的条件下，发酵液与螯合剂的重量比可为1：0.25至4；而于使用酸性溶液的条件下，发酵液与酸性溶液的重量比可为1：0.25至4。

接着，培养植物至其长叶、开花或结果。另外，于本实施方式，培养时每隔4至14天可添加相同发酵液至土壤中以维持发酵液于土壤的浓度。同样地，为维持螯合剂或酸性溶液于土壤的浓度，培养时每隔4至14天可添加相同螯合剂或酸性溶液至土壤中。

最后，移除植物地上部。所谓「地上部」是相对于植物地下部，主要指植物未埋于土壤的器官，如茎、叶、花、果实、或其任意组成。须说明的是，植物地上部移除步骤可直接除掉植物地上部而保留地下部于土壤中、或者直接自土壤除掉整株植物来执行。

兹以下列实施例，例示说明本发明：

＜镉金属污染土壤的制备＞

先加入去离子水至一土壤中并混合约1周，以维持土壤田间容水量(fieldcapacity)约50％。加入硝酸镉溶液至土壤后，以石灰调整土壤pH值，并混合2周，以维持土壤田间容水量约50％。然后，对土壤进行3次干湿交替，以取得镉金属污染的土壤。若有必要，可预先添加200g博卡西肥料与土壤混合。

＜离场处理土壤与结果分析＞

于镉金属污染的土壤与不同添加物混合一段时间后，将土壤与添加物分离，并测定各添加物中的镉金属含量。发酵液的制备为：培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下。

如图1所示，于未稀释及稀释后的条件下，氯化铁、氯化氢、柠檬酸、与醋酸等添加物于与土壤分离后的镉金属含量无明显变化；于未稀释及稀释后的条件下，EDTA、DTPA、与发酵液等添加物于与土壤分离后的镉金属含量则有明显变化。这表示发酵液去除土壤镉金属的原理与EDTA及DTPA等螯合剂相当。

如图2所示，仅氯化铁于与土壤分离后的镉金属含量约为31.5mg/kg，而仅发酵液于与土壤分离后的镉金属含量约为22.7mg/kg，故可推算氯化铁与发酵液(混合比例为1：1)的混合物于与土壤分离后的镉金属含量理论上为27.1mg/kg，但实际上为32.28mg/kg。这表示发酵液与氯化铁对彼此自土壤去除重金属的效果产生加成性。

如图3所示，仅EDTA于与土壤分离后的镉金属含量约为29.6mg/kg，而仅发酵液于与土壤分离后的镉金属含量约为22.7mg/kg，故可推算EDTA与发酵液(混合比例为1：1)的混合物于与土壤分离后的镉金属含量理论上为26.15mg/kg，但实际上为37.7mg/kg。这表示发酵液与EDTA对彼此自土壤去除重金属的效果产生加成性。

＜现场处理土壤与结果分析＞

水稻栽种于镉金属污染的土壤中1个月后，先将pH值为4.5以下的有益混合菌的发酵液与水以1：50至1：200的比例混合，以得到稀释发酵液，再将稀释发酵液添加至土壤中；而有益混合菌的发酵液的制备为：培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌(于下文，四菌种总称为「有益混合菌」)至一糖蜜培养液中，直到糖蜜培养液的pH值达4.5以下。接着，依水稻生理特性培养，培养时每隔1周添加相同稀释发酵液至土壤中，直到水稻结穗。若有必要，添加稀释发酵液时，可添加含量2mmol/每kg土壤的EDTA溶液至土壤中；且于培养时每隔1周可添加相同量的EDTA溶液至土壤中，共3周。培养直到结穗后，连根拔起整株水稻，并量测水稻高度与重量。如表1所示，镉金属确实会影响水稻生长；但于同样受镉金属污染下，添加有稀释发酵液的土壤较无添加的土壤有助于水稻生长。

表1、水稻于含不同添加物的土壤培养后的生长状况

结穗后，同时取1g水稻各器官与1g土壤。加入10mL硝酸至各器官后，静置1小时。接着，对所得的硝酸溶液依序进行微波处理、过滤、与分析，以取得水稻各器官的镉金属含量。另外，加入9mL硝酸与3mL氢氟酸至土壤后，静置1小时。之后，对所取得的酸溶液进行微波处理；于加入15mL的4％硼酸溶液至酸溶液后，再对酸溶液进行微波处理、过滤、与分析，以取得土壤的镉金属含量。

如图1所示，相较于培养于无添加的土壤的水稻，培养于仅添加稀释发酵液的土壤的水稻能吸收较多量的重金属，且多数存在于地上部，尤其茎的重金属浓度大于根的重金属浓度。另外，相较于无添加的土壤，添加稀释发酵液与螯合剂的土壤促进水稻吸收重金属的量略多。虽然相较于无添加的土壤，添加稀释发酵液与博卡西肥料的土壤及添加稀释发酵液、螯合剂、与博卡西肥料的土壤促进水稻吸收重金属的量较少，但后二者对植物生长较前者有助益(表1)。

于此，介绍以下术语：BCF，全名为bioconcentration factor，中文称作「生物浓缩因子」，指植物根部的重金属浓度除以土壤的重金属浓度所得的值；TF，全名为translocation factor，中文称作「植物传输因子」，指植物地上部的重金属浓度除以植物根部的重金属浓度所得的值；BAF，全名为bioaccumulation factor，中文称作「生物累积因子」，另名为「植生复育系数(phytoremediation efficiency factor，PEF)」，指植物地上部的重金属浓度除以土壤的重金属浓度所得的值，亦即BCF乘以TF所得的值。

由上述定义可知，BCF代表重金属自土壤转移至根部的能力，TF代表重金属自根部转移至地上部的能力，BAF代表重金属自土壤转移至地上部的能力。由表2可知，无论是否与其他物质混合，添加稀释发酵液的土壤对水稻的TF与BAF均优于无添加的土壤。这表示稀释发酵液可促进重金属自土壤转移至水稻地上部。

表2、镉金属于含不同添加物的土壤培养水稻后的分布

由于水稻属于水生植物，其TF通常较高。为了解稀释发酵液能否促进重金属自土壤转移至陆生植物地上部，参照上述方法以向日葵为实验植物。

如表3所示，镉金属确实会影响向日葵生长；但于同样受镉金属污染下，添加有稀释发酵液的土壤较无添加的土壤有助于向日葵生长。

表3、向日葵于含不同添加物的土壤培养后的生长状况

如表4所示，相较于培养于无添加的土壤的向日葵，培养于仅添加稀释发酵液的土壤的向日葵能吸收较多量的重金属，且多数存在于地上部，尤其叶吸收重金属的量最多。

表4、镉金属于含不同添加物的土壤培养向日葵后的分布

由表5可知，无论是否与其他物质混合，添加稀释发酵液的土壤对向日葵的TF与PEF均优于无添加的土壤。这表示稀释发酵液可促进重金属自土壤转移至向日葵地上部。

表5、镉金属于含不同添加物的土壤培养水稻后的分布

综上所述，本实施方式的发酵液可促进植物生长，以提高植物对重金属所造成的毒害的耐受性。而且，所用的发酵液除了能与重金属配位形成螯合物，以于与土壤分离后可自土壤去除重金属外，亦可提升植物吸收重金属的能力，以协助重金属自植物地下部转移至地上部。由此方式，植物培养后直接移除地上部便可达到自土壤去除重金属的效果，非得须整株植物移除。若土壤的污染程度过严重，直接继续添加发酵液即可进行下一次去除，非得须重新种植植物。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，但不能以此限定本发明实施的范围；故，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效改变与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种自土壤去除重金属的方法，其特征在于，包括：

添加一发酵液至一受重金属污染的土壤中，其中所述发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到所述糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；以及

自所述发酵液分离出所述土壤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属为选自于由镉、锌、汞、铜、铅、砷、镍、铬、钡、硒、及锑所组成的群组。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵液添加步骤还包括：

添加一螯合剂或一酸性溶液至所述土壤中。

4.一种自土壤去除重金属的方法，其特征在于，包括：

种植一植物于一受重金属污染的土壤；

添加一发酵液至所述土壤中，其中所述发酵液为培养酵母菌、乳酸菌、光合菌、与假单胞菌至一糖蜜培养液中，直到所述糖蜜培养液的pH值达4.5以下所取得的；

培养所述植物至其长叶、开花或结果；以及

移除所述植物地上部。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物为草本植物。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物为选自于由水稻、玉米、印度芥菜、甜菜根、向日葵、白茅、芦苇、培地茅、美洲阔苞菊、王爷葵、多花油柑、小果叶下珠、箭叶凤尾蕨、凤尾蕨、鳞盖凤尾蕨、波斯顿蕨、肾蕨、及长叶肾蕨所组成的群组。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述重金属为选自于由镉、锌、汞、铜、铅、砷、镍、铬、钡、硒、及锑所组成的群组。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物种植步骤前，还包括：

添加一肥料至所述土壤中。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述肥料为博卡西(Bokashi)肥料。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物的地上部为茎、叶、花、或果实。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵液添加步骤为于所述植物种植步骤后第15至45天进行。

12.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物培养步骤包括：

添加同一发酵液至所述土壤中。

13.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵液添加步骤还包括：

添加一螯合剂或一酸性溶液至所述土壤中。