CN108672490A

CN108672490A - 一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法

Info

Publication number: CN108672490A
Application number: CN201810470741.4A
Authority: CN
Inventors: 江凌; 金梦蒙; 黄和; 朱丽英
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2018-10-19

Abstract

本发明公开了一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法，包括将海藻糖加入培养基进行微生物菌液发酵培养获取微生物菌液，在醋渣中添加微生物菌液，制备微生物菌液/醋渣混合物；在土壤中均匀撒施微生物菌液/醋渣混合物并翻耕，使土壤pH降至酸性；最后将含磷材料、硅酸钠均匀混合后，在土壤中均匀撒施含磷材料、硅酸钠混合物，再次翻耕。本发明的方法可以提高微生物的定殖能力，操作简单，经济高效，适用酸、碱及中性土壤，改良受污染土壤的性质，提高土壤肥力。

Description

一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法

技术领域

本发明涉及一种用于治理重金属铅污染土壤的微生物钝化方法，对重金属污染土壤进行生物修复。

背景技术

目前我国土壤污染问题日益严峻，土壤重金属污染的环境问题已经成为开发过程中的一个障碍。土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被降解的特点，因此治理和恢复的难度大；在机器制造、冶炼工业、化学工业、电子等产业的生产过程中大都产生富含重金属离子的废水，其可以通过生物链富集进入人或家畜体内，导致很多疾病，严重影响着人类的身体健康、生命安全和家畜经济的发展。

重金属主要指镉、铬、汞、铅、砷等生物毒性较强的金属，另外还包含铜、钴、锌、镍、锡、钒等具有一定毒性的重金属离子。伴随铅的应用愈来愈广泛，铅污染也逐渐受到广泛关注。人体吸入铅含量达到一定水平就会导致人体中毒，引发肿瘤、智力衰退、畸变甚至死亡。现有技术中采用微生物进行土壤钝化，最大的问题就是外源微生物在土壤中的定殖，引入的外源微生物容易被其他微生物吞噬，从而影响土壤钝化效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法，包括如下步骤：

(1)将海藻糖加入培养基进行微生物菌液发酵培养获取微生物菌液，在醋渣中添加微生物菌液，制备微生物菌液/醋渣混合物；海藻糖对微生物具有保护作用，将微生物菌液加入醋渣中，混匀，然后均匀撒施到受污染土壤并进行翻耕；醋渣是固态发酵酿醋的剩余物，酸度极高，水分含量大，还含有大量的无机离子、纤维素和蛋白质、残留的淀粉；施用于土壤可以降低土壤的pH值，增加重金属离子的溶出，与钝化材料形成稳定沉淀；此外，醋渣中大量粗纤维可以吸附部分重金属离子；还可以为微生物以及试验所用土壤提供养分，使微生物能够定殖土壤并吸收降解重金属离子；

(2)在土壤中均匀撒施步骤(1)制备的微生物菌液/醋渣混合物并翻耕，使土壤pH降至酸性；

(3)将含磷材料、硅酸钠均匀混合后，在土壤中均匀撒施含磷材料、硅酸钠混合物，再次翻耕。在醋渣的酸性条件下，含磷材料可以通过吸附、沉淀、离子交换等作用与溶出的重金属铅离子发生反应生成稳定的磷氯铅矿类物质，从而减弱铅离子的生物活性，使其钝化。此外，硅酸钠与铅生成的沉淀硅酸铅等十分稳定，且呈碱性，中和了上述醋渣的酸性，适当提高了土壤pH值，防止土壤酸度过低。

本发明的方法，所述步骤(1)中，微生物菌液中的微生物选用枯草芽孢杆菌和耐辐射黑酵母。来源于土壤的枯草芽孢杆菌和黑酵母更容易在土壤中定殖；通过海藻糖的作用，枯草芽孢杆菌和黑酵母对外界环境的抗性增强，更利于其发挥作用。进一步的，所述微生物优选枯草芽孢杆菌ACCC11089＝CICC10088或耐辐射黑酵母F134。所述微生物菌液的活菌数高于1.0×10⁸/mL。

进一步的，所述步骤(1)中，微生物菌液/醋渣混合物的制备方式为：将海藻糖以5～10％ (w/v)的含量加入培养基进行微生物发酵培养；再将发酵培养获得的菌液以5～20mL/kg醋渣的含量加入醋渣，混合均匀后发酵3～8天，获取所述混合物。

所述步骤(2)中，醋渣pH＜6.0，混合使土壤pH降至6.0以下。本发明研究发现，在pH<6的酸性条件下，铅离子更容易溶出，后期钝化效果最好。进一步的，微生物菌液/醋渣混合物撒施量为50～200kg/亩。

所述步骤(3)中，含磷材料选用羟基磷灰石、磷灰石矿物或无机磷肥。含磷材料、硅酸钠经碾碎后均匀混合撒施。用量为50～100kg/亩。

本发明所用微生物在海藻糖作用下可增强对外界环境的抗压能力，又能吸附降解重金属离子，还可以利用残渣醋糟，可有效解决微生物在土壤中的定殖问题，避免了醋渣的浪费及对土壤的污染。微生物用于土壤钝化，最大的问题就是外源微生物在土壤中的定殖问题以及避免被别的微生物吞噬。本发明的方法可以提高微生物的定殖能力，操作简单，经济高效，适用酸、碱及中性土壤，改良受污染土壤的性质，提高土壤肥力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例中的醋渣购自徐州龙头山醋厂。

枯草芽孢杆菌选用枯草芽孢杆菌ACCC11089＝CICC10088，购自广东微生物菌种保藏中心，是枯草芽孢杆菌枯草亚种；

黑酵母选用耐辐射黑酵母F134为申请人合作实验室在先文献公开的菌株，张志东等(耐辐射黑色酵母状真菌的筛选和特性研究.J.微生物学通报.2012,39(5):724-731)。本申请人在此声明，保证从本申请日起20年内免费对公众发放本出发菌株的生物材料。

实施例1

实施例1以徐州市北郊某受污染土壤1为例，具体说明本发明方法的处理步骤和效果。

本实施例的修复重金属铅污染土壤的方法具体步骤如下：

(1)将海藻糖加入培养基进行枯草芽孢杆菌发酵培养，将发酵获取的菌液添加到醋渣中，制备微生物/醋渣混合物；

a.菌种活化：将枯草芽孢杆菌接种于固体平板培养基，在30～37℃条件下培养12～24h；固体平板培养基：胰蛋白胨10g/L；酵母提取物5g/L；氯化钠10g/L；琼脂15～20g/L；pH自然。

b.种子液：将枯草芽孢杆菌从固体平板培养基上接种于LB摇瓶中，在30～37℃条件下培养12～24h，制备种子液。LB培养基：胰蛋白胨10g/L；酵母提取物5g/L；氯化钠10g/L；pH 自然。

c.5L发酵罐培养：将种子液按培养基体积百分比5～8％的接种量接种到发酵罐，装液量 60％，加入150g海藻糖，搅拌通入无菌空气，通气量1～1.5Vols/vol·min，搅拌转速180～260rpm，在30～37℃条件下培养24～36h，发酵完毕后所得菌液中枯草芽孢杆菌活菌数为1.0× 10⁸/mL～1.0×10¹⁰/mL。发酵罐培养基：蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，磷酸氢二钾3g/L，葡萄糖2g/L，pH7.2左右。

将发酵培养获得的菌液以20mL/kg醋渣的量添加到醋渣中，混合均匀，发酵3～5天，获取菌液/醋渣混合物；

(2)撒施微生物菌液/醋渣混合物；

将菌液/醋渣混合物以50-200kg/亩施用量均匀撒施到土壤1，翻耕，步骤(1)、(2)整个阶段耗时15～20天。

本实施例利用醋渣吸附部分重金属离子并降低了土壤pH，使重金属离子溶出与钝化材料形成稳定沉淀。醋渣中含有包含海藻糖的菌液，枯草芽孢杆菌具有较强的耐受能力，在海藻糖的帮助下，增强了对胁迫的耐受性，提高其定殖土壤的能力，而且可以吸附降解重金属铅离子。

(3)将硅酸钠、骨粉(羟基磷灰石)碾碎后混合均匀撒施在上述混有醋渣的土壤，翻耕均匀，羟基磷灰石、硅酸钠用量为每亩50-100kg，翻耕之后播种小麦。

表1土壤1处理前后铅含量变化

	铅含量(mg/kg土壤)
		处理前	79.80
处理后	8.43
		钝化率	89.4％

实施例2

实施例2以徐州某皮革厂附近麦田土壤2为例，具体说明本发明方法的处理步骤和效果。

本实施例的修复重金属铅污染土壤的方法具体步骤如下：

将发酵培养获得的菌液以5mL/kg醋渣的量添加到醋渣中，混合均匀，发酵3～5天，获取菌液/醋渣混合物；

(2)撒施微生物菌液/醋渣混合物；

将菌液/醋渣混合物以50-200kg/亩施用量均匀撒施到土壤2，翻耕，步骤(1)、(2)整个阶段耗时20～25天。

(3)将硅酸钠、磷灰石矿物碾碎后混合，均匀撒施在上述混有醋渣的土壤，翻耕均匀，磷灰石矿物、硅酸钠用量为每亩50-100kg，翻耕后播种小麦。

表2土壤2处理前后铅含量变化

	铅含量(mg/kg土壤)
		处理前	48.88
处理后	6.40
		钝化率	86.9％

实施例3

实施例3以徐州某玻璃厂附近土壤3为例，具体说明本发明方法的处理步骤和效果。

本实施例的修复重金属铅污染土壤的方法具体步骤如下：

a.菌种活化：将耐辐射黑酵母F134接种于YPD平板培养基，在25～30℃条件下培养5～7 天；YPD平板培养基：蛋白胨20g/L；酵母提取物10g/L；葡萄糖20g/L；琼脂粉16g/L；pH自然。

b.种子液：将耐辐射黑酵母F134从YPD平板培养基上接种于MEA摇瓶中，在25～30℃条件下培养48～72h，制备种子液。MEA培养基：麦芽浸粉30g/L；大豆蛋白胨3g/L；琼脂粉16g/L；pH自然。

c.5L发酵罐培养：将种子液按培养基体积百分比5～8％的接种量接种到发酵罐，装液量 60％，加入150g海藻糖，搅拌通入无菌空气，通气量1～1.5Vols/vol·min，搅拌转速180～260rpm，在25～30℃条件下培养48～72h，发酵完毕后所得菌液中耐辐射黑酵母F134活菌数为1.0× 10⁸/mL～1.0×10¹⁰/mL。发酵罐培养基：麦芽浸粉30g/L；大豆蛋白胨3g/L；琼脂粉16g/L；pH 自然。

将发酵培养获得的菌液以20mL/kg醋渣的量添加到醋渣中，混合均匀，发酵5～8天，获取菌液/醋渣混合物；

(2)撒施微生物菌液/醋渣混合物；

将醋渣混合物以50-200kg/亩施用量均匀撒施到土壤3，翻耕；步骤(1)、(2)整个阶段耗时25～30天。

(3)将硅酸钠、无机磷肥碾碎后混合均匀撒施在上述混有醋渣的土壤，翻耕均匀，无机磷肥、硅酸钠用量为每亩50-100kg，翻耕后播种小麦。

表3土壤3处理前后铅含量变化

	铅含量(mg/kg土壤)
		处理前	56.20
处理后	9.10
		钝化率	83.8％

实施例4

实施例4以复合肥为对照组，说明本发明钝化处理改良污染土壤后，作物中铅离子含量变化。

表4处理前后土壤、作物中铅离子含量对比表

表4显示，本发明可以有效钝化土壤中铅离子，降低作物对铅离子的吸收，并且具有增产的作用。

Claims

1.一种用于修复重金属铅污染土壤的微生物钝化方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将海藻糖加入培养基进行微生物菌液发酵培养获取微生物菌液，在醋渣中添加微生物菌液，制备微生物菌液/醋渣混合物；

（2）在土壤中均匀撒施步骤（1）制备的微生物菌液/醋渣混合物并翻耕，使土壤pH降至酸性；

（3）将含磷材料、硅酸钠均匀混合后，在土壤中均匀撒施含磷材料、硅酸钠混合物，再次翻耕。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，微生物菌液中的微生物选用枯草芽孢杆菌或耐辐射黑酵母。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，微生物菌液中的微生物选用枯草芽孢杆菌ACCC11089＝CICC10088或耐辐射黑酵母F134。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，菌液中活菌数达1.0×10⁸/mL。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，微生物菌液/醋渣混合物的制备方式为：将海藻糖以5~10%（w/v）的含量加入培养基进行微生物发酵培养；再将发酵培养获得的菌液以5~20 mL/kg醋渣的含量加入醋渣，混合均匀后发酵3~8天，获取所述混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，微生物菌液/醋渣混合物撒施量为50~200kg/亩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，醋渣pH＜6.0，在土壤中均匀撒施混合物并翻耕使土壤pH降至6.0以下。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含磷材料选用羟基磷灰石、磷灰石矿物或无机磷肥。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含磷材料、硅酸钠经碾碎后均匀混合撒施。

10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含磷材料、硅酸钠混合物用量为50~100 kg/亩。