CN108246800A - 利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于生化技术领域，公开了利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺，其包括如下步骤：选择30‑40cm厚度的铬污染土壤为修复层，充分翻耕修复层土壤，去除土壤中杂物；将生化制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化12小时，然后均匀播撒生化制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生化修复时间为5天以上。本发明的修复方法操作简单易行，修复成本低，环保无污染，可应用于不同浓度的铬污染土壤中，应用前景广阔。

Description

利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺

技术领域

本发明属于生化技术领域，具体涉及利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺。

背景技术

铬属于重金属的一种，是一种人体的非必需元素，它可影响神经、造血、生殖和发育、内分泌、免疫、骨骼等各类系统和器官。全世界平均每年排放约500万吨铬，其中大部分进入土壤，致使世界各国土壤出现不同程度的铬污染。随着工农业的发展和含铬化学物质的广为应用，铬在矿产开采、电镀冶金、废物处理处置等过程中，大量含铬污染物进入土壤环境，造成世界范围内土壤中铬污染现象普遍存在。铬对人类健康的危害很大，能对神经、心血管和内分泌等个系统造成危害，甚至危及生命。因此铬污染土壤的治理及修复受到越来越多的关注。

目前土壤铬污染修复主要修复途径有三种：物理修复、化学修复和生物修复。物理修复具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土壤结构，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。化学修复虽然简单易行，见效快，但往往修复剂用量较大，且重金属元素易活化。生物修复则包括植物修复和微生物修复，其中植物修复虽然标本兼治，但修复周期长，投资大。微生物修复虽然处理费用低、对周边环境扰动小、不产生二次污染，但合适微生物资源少，修复周期长，无法对重金属进行有效地固定吸附，修复效果并不明显。现有专利技术“CN102101123A,一种重金属污染土壤的原位修复方法”，其对重金属进行了固定，但是原料成本较高，处理周期较长。

发明内容

为了克服现有技术中修复铬污染土壤工艺的缺陷，本发明提供了利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：

利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺，其包括如下步骤：

选择30-40cm厚度的铬污染土壤为修复层，充分翻耕修复层土壤，去除土壤中杂物；将生化制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化12小时，然后均匀播撒生化制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生化修复时间为5天以上。

优选地，

所述生物修复时间为5-10天。

优选地，

所述生化制剂的播撒量为30-50kg生化制剂/亩。

进一步地，

所述生化制剂按照如下步骤制备而得：

步骤1）将腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水混合，搅拌均匀，再升温至60℃，保温30min，然后添加到造粒机中进行造粒，制得粒径为1-3mm的颗粒物，将颗粒物添加到2-3倍重量的壳聚糖溶液中，100rpm搅拌60min，然后静置10-20min，过滤收集截留物，70-80℃烘干至水分含量为5-10wt%，即得固定载体；

步骤2）将成晶节杆菌ATCC15481、荚膜红细菌 ATCC11166、希瓦氏菌ATCC700550以及柠檬色短小杆菌ATCC15828分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照3-5:2-3:2-3:1-2的体积比混合得到复合菌液，再将复合菌液与固定载体混合搅拌均匀，最后进行低温干燥，干燥温度为20℃，干燥后含水量为6-8wt％，即得生化制剂。

优选地，

所述腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水的质量比为3:2:2:1:5。

优选地，

所述壳聚糖溶液的制备方法为：称取1g壳聚糖，加入到400ml水中，然后添加20ml质量分数为20%的硝酸溶液，搅拌均匀，加水定容至1000ml，即得。

优选地，

所述复合菌液与固定载体的质量比为2-3:3-5。

本发明所述的菌种属于已知菌株，均可以从ATCC等商业途径购买得到。本发明的各菌种的活化以及培养步骤为本领域的常规技术，并不是本发明创新点，此处不详述。本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。

与现有技术相比较，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：

壳聚糖是自然界存在的唯一碱性多糖，具有胺基极易形成四级胺正离子，其分子中的氨基和与氨基相邻的羟基与重金属铬能形成稳定的螯合物，具有很好的固定作用；腐殖酸是是自然界来源较为丰富的一种生物质，可以改善土壤以及吸附大量的重金属离子；除了上述组分各自的固定吸附作用外，草炭土以及锯末的加入能很好地改善土壤理化性质，大大增强土壤的通透性；尿素属于造孔剂，使得颗粒物孔径数目大小合适，通气性能好，有利于菌株富集；本发明固定载体能够有效地固定吸附铬离子，从而有利于菌株的修复；本发明的生化制剂配伍合理，共生协调，互不拮抗，形成优势菌群的菌种，配制成高效生化制剂，能够有效地修复铬污染土壤；本发明的修复方法操作简单易行，修复成本低，环保无污染，可应用于各个浓度的铬污染土壤中，应用前景广阔。

说明书附图

图1：载体选择对铬污染土壤修复效果的影响。

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，对本发明进行更加清楚、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

利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺，其包括如下步骤：

将腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水按照3:2:2:1:5的质量比混合，搅拌均匀，再升温至60℃，保温30min，然后添加到造粒机中进行造粒，制得粒径为2mm的颗粒物，将颗粒物添加到2倍重量的壳聚糖溶液中，100rpm搅拌60min，然后静置10min，过滤收集截留物，70℃烘干至水分含量为10wt%，即得固定载体；所述壳聚糖溶液的制备方法为：称取1g壳聚糖，加入到400ml水中，然后添加20ml质量分数为20%的硝酸溶液，搅拌均匀，加水定容至1000ml，即得；

将成晶节杆菌ATCC15481、荚膜红细菌 ATCC11166、希瓦氏菌ATCC700550以及柠檬色短小杆菌ATCC15828分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照3:2:2:1的体积比混合得到复合菌液，再将复合菌液与固定载体按照2:3的质量比混合搅拌均匀，最后进行低温干燥，干燥温度为20℃，干燥后含水量为6wt％，即得生化制剂；

选择30cm厚度的铬污染土壤为修复层，充分翻耕修复层土壤，去除土壤中杂物；将生化制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化12小时，然后按照30kg生化制剂/亩的量均匀播撒生化制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生化修复6天。

实施例2

利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺，其包括如下步骤：

将腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水按照3:2:2:1:5的质量比混合，搅拌均匀，再升温至60℃，保温30min，然后添加到造粒机中进行造粒，制得粒径为1-3mm的颗粒物，将颗粒物添加到3倍重量的壳聚糖溶液中，100rpm搅拌60min，然后静置20min，过滤收集截留物，70℃烘干至水分含量为10wt%，即得固定载体；所述壳聚糖溶液的制备方法为：称取1g壳聚糖，加入到400ml水中，然后添加20ml质量分数为20%的硝酸溶液，搅拌均匀，加水定容至1000ml，即得；

将成晶节杆菌ATCC15481、荚膜红细菌 ATCC11166、希瓦氏菌ATCC700550以及柠檬色短小杆菌ATCC15828分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照5:3:3:2的体积比混合得到复合菌液，再将复合菌液与固定载体按照3:5的质量比混合搅拌均匀，最后进行低温干燥，干燥温度为20℃，干燥后含水量为6wt％，即得生化制剂；

选择40cm厚度的铬污染土壤为修复层，充分翻耕修复层土壤，去除土壤中杂物；将生化制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化12小时，然后按照50kg生化制剂/亩的量均匀播撒生化制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生化修复8天。

实施例3

铬污染土壤的修复试验：

样品选择：含六价铬的量分别为30、60、120mg/kg的土壤样品；

组别：实验组为实施例1组；对照组1（不添加成晶节杆菌，其他同实施例1），对照组2（不添加荚膜红细菌，其他同实施例1），对照组3（不添加希瓦氏菌，其他同实施例1），对照组4（不添加柠檬色短小杆菌，其他同实施例1）；

操作流程：从各组别处理后的土壤取样，烘干至处理前的土壤样品水分含量，测定六价铬的含量，具体结果见表1：

表1

六价铬浓度	实验组	对照组1	对照组2	对照组3	对照组4
						30mg/kg	未检测到	2.7	4.3	4.7	3.6
60mg/kg	2.8	6.9	7.3	10.2	8.5
						120mg/kg	6.5	15.7	18.9	26.8	21.7

由上表1可以看出，本发明生化制剂中选择的四种菌株配伍合理，相互促进，具备较好的协同性能，能够有效修复不同浓度铬污染的土壤层。

实施例4

载体选择对铬污染土壤修复效果的影响：

样品选择：含六价铬为150mg/kg的土壤样品；

组别：实验组为实施例2组；对照组1（载体选用硅藻土，其他同实施例2），对照组2（载体选用锯末，其他同实施例2），对照组3（载体选用草炭土，其他同实施例2），对照组4（不使用载体，使用等量的复合菌液处理污染土壤，其他同实施例2）；

操作流程：从各组别处理后的土壤取样，烘干至处理前的土壤样品水分含量，测定六价铬的含量，如图1所示，实验组和对照组1-4均可以修复高浓度铬污染土壤，通过比较发现，实验组的修复效果最好，分别较对照组1-4降低了68%、82%、76%以及72%；分析主要原因是，实验组使用的固定载体具备较好的固定吸附铬离子的功能，从而有利于菌株的修复，而且实验组的固定载体具备一定数目的孔径，通气性能好，有利于菌株富集。

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 (7)

1.利用生化技术修复重金属铬污染土壤的环保工艺，其包括如下步骤：

选择30-40cm厚度的铬污染土壤为修复层，充分翻耕修复层土壤，去除土壤中杂物；将生化制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化12小时，然后均匀播撒生化制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生化修复时间为5天以上。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述生物修复时间为5-10天。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述生化制剂的播撒量为30-50kg生化制剂/亩。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述生化制剂按照如下步骤制备而得：

步骤1）将腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水混合，搅拌均匀，再升温至60℃，保温30min，然后添加到造粒机中进行造粒，制得粒径为1-3mm的颗粒物，将颗粒物添加到2-3倍重量的壳聚糖溶液中，100rpm搅拌60min，然后静置10-20min，过滤收集截留物，70-80℃烘干至水分含量为5-10wt%，即得固定载体；

步骤2）将成晶节杆菌ATCC15481、荚膜红细菌 ATCC11166、希瓦氏菌ATCC700550以及柠檬色短小杆菌ATCC15828分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照3-5:2-3:2-3:1-2的体积比混合得到复合菌液，再将复合菌液与固定载体混合搅拌均匀，最后进行低温干燥，干燥温度为20℃，干燥后含水量为6-8wt％，即得生化制剂。

5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述腐植酸、草炭土、锯末、尿素和水的质量比为3:2:2:1:5。

6.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述壳聚糖溶液的制备方法为：称取1g壳聚糖，加入到400ml水中，然后添加20ml质量分数为20%的硝酸溶液，搅拌均匀，加水定容至1000ml，即得。

7.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述复合菌液与固定载体的质量比为2-3:3-5。