CN109092886A - 一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，本发明选择生物淋滤与有机酸联合去除土壤中重金属，其中，天然有机酸中的草酸酸性较温和，价格较低，通常与重金属形成难溶络合物，但能够溶解重金属的水合氧化物形态，对氧化物结合态的重金属具有较好的去除效果，并且在受热情况下能脱羧脱水，生成CO2、CO和水，具有生物可降解性。首先选用草酸调节土壤的pH，在此过程中，草酸可以络合一部分可溶态重金属，同时应用草酸训化后的生物接种物对酸化好的土壤进行淋滤，去除难溶重金属形态。此操作可提高重金属的溶出率，且缩短工期时间。

Description

一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复方法，具体涉及一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法。
背景技术
目前土壤重金属污染日益严重，污染程度加剧，污染面积逐年扩大，造成土壤环境质量下降。原因在于重金属在土壤中不易被生物分解，移动性差，土壤中的重金属可通过食物链被植物、动物数十倍的富集，最终可危害人类健康。因此，重金属污染土壤修复迫在眉睫。
土壤中重金属的化学淋洗技术应用较广，但强酸淋洗易改变土壤理化性质，破坏土壤结构，不利于土壤微生物、作物的生长，螯合剂淋洗具有价格较高，生物降解性差，会破坏土壤结构，易残留在土壤中造成二次污染，而有机酸具有无毒、容易降解，无二次污染等优点，但化学淋洗技术淋洗出的重金属大多是易溶态重金属，对于一些与土壤结合紧密形态的重金属去除较难。
生物淋滤技术是利用微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分分离浸提出来的一种技术。与化学浸提法相比，它具有反应温和、耗酸少、运行成本较低等优点，已成为一项非常有前景的金属浸提技术，已在污泥、沉积物和飞灰等方面得到研究，但在金属污染土壤中的研究很少，且生物淋滤修复时间长，所选的菌大多为嗜酸菌，常规调试pH时选择强酸，易破坏土壤结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：
一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，包括以下步骤：
(1)取培养基与菌种以15-25∶1的质量比例置于锥形瓶中进行培养，用有机酸调节pH 至2-3，设定恒温振荡器温度为28-32℃，转速为150-200r/min，经过反复转移培养使菌种充分生长，增强其在有机酸培养基内的活性；
(2)在细菌生长对数期接种，菌种训化时，配置污染土壤与培养基的固液质量比为18-22： 1的泥浆，将目标菌种反复接种，培养出较稳定的菌种，进行淋滤实验；
(3)淋滤前，调节污染土壤与有机酸固液质量比，选用有机酸调节泥浆pH至3-4，待pH稳定后，加入106数量级生物淋滤接种物，再加入FeSO4·7H2O，淋滤时温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在100-200r/min，淋滤1-3天，待淋滤完全，测定污染土壤中重金属Cr、Cd、Pb、Cu的溶出率。
优选地，所述的有机酸为液体草酸。
优选地，步骤(1)中所述培养基由以下原料组成：(NH4)2SO40.15g/L、KC10.05g/L、K2HPO40.05g/L、MgSO40.5g/L、Ca(NO3)20.01g/L；所述菌种为氧化亚铁硫氧菌；所述培养基与菌种的质量比例优选为20∶1。
优选地，步骤(1)中所述恒温振荡器温度优选为30℃，转速为优选为170r/min。
优选地，步骤(2)中所述培养基与污染土壤的固液质量比优选为20∶1。
优选地，步骤(3)中所述污染土壤与有机酸固液质量比为1∶10-20。
优选地，步骤(3)中所述106数量级生物淋滤接种物的加入量为泥浆质量的8-12％，优选为10％。
优选地，步骤(3)中所述FeSO4·7H2O浓度控制在10-20g/L。
优选地，步骤(3)中所述搅拌速度优选为150r/min。
本发明的有益效果是：
生物淋滤作为一种处理重金属新兴技术与其他传统方法相比具有以下优点：处理效率高，易将难溶形态的重金属转换成可溶态，从而达到去除重金属目的；投资小，运行费用低；菌种的来源广泛且不造成二次污染。但常规嗜酸菌对pH要求严格，且较低，本发明选择氧化亚铁硫氧菌，pH要求相对较高，温度要求低，大多生物淋滤都选择强酸(HCl、H2SO4)调节 pH，易破坏土壤结构，残留酸不利于土壤微生物、作物的生长，且淋滤时间长。本发明选择生物淋滤与有机酸联合去除土壤中重金属，其中，天然有机酸中的草酸酸性较温和，价格较低，通常与重金属形成难溶络合物，但能够溶解重金属的水合氧化物形态，对氧化物结合态的重金属具有较好的去除效果，并且在受热情况下能脱羧脱水，生成CO2、CO和水，具有生物可降解性。首先选用草酸调节土壤的pH，在此过程中，草酸可以络合一部分可溶态重金属，同时应用草酸训化后的生物接种物对酸化好的土壤进行淋滤，去除难溶重金属形态。此操作可提高重金属的溶出率，且缩短工期时间。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
培养基配制：(NH4)2SO40.15g/L、KC10.05g/L、K2HPO40.05g/L、MgSO40.5g/L、 Ca(NO3)20.01g/L。
菌种培养：取培养基与氧化亚铁硫氧菌以20∶1的质量比例置于锥形瓶中进行培养，用液体草酸调节pH至2-3，设定恒温振荡器温度为30℃，转速为170r/min，经过反复转移培养使菌种充分生长，增强其在有机酸培养基内的活性；在细菌生长对数期接种，菌种训化时，配置污染土壤与培养基的固液质量比为20∶1的泥浆，将目标菌种反复接种，培养出较稳定的菌种，进行淋滤实验。
实施例1：
淋滤前，调节污染土壤与液体草酸固液质量比为1∶10、1∶15、1∶20，选用液体草酸调节泥浆pH至3-4，待pH稳定后，加入相当于泥浆质量10％的106数量级生物淋滤接种物，再加入FeSO4·7H2O为15g/L，淋滤时温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在150r/min，淋滤2天，测定土壤中重金属Cr、Cd、Pb、Cu的溶出率，结果如表1。
表1固液比对重金属溶出率的影响
实施例2：
淋滤前，调节污染土壤与液体草酸固液质量比为1∶15，选用液体草酸调节泥浆pH至3-4，待pH稳定后，加入相当于泥浆质量10％的106数量级生物淋滤接种物，再加入FeSO4·7H2O为 10g/L、15g/L、20g/L，淋滤时温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在150r/min，淋滤2天，测定土壤中重金属Cr、Cd、Pb、Cu的溶出率，结果如表2。
表2硫酸亚铁含量对重金属溶出率的影响
实施例3：
淋滤前，调节污染土壤与液体草酸固液质量比为1∶15，选用液体草酸调节泥浆pH至3-4，待pH稳定后，加入相当于泥浆质量10％的106数量级生物淋滤接种物，再加入FeSO4·7H2O为 15g/L，淋滤时温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在150r/min，相同条件下，淋滤时间分别1天、2天、3天，测定土壤中重金属Cr、Cd、Pb、Cu的溶出率，结果如表3。
表3时间对重金属溶出率的影响
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取培养基与菌种以15-25:1的质量比例置于锥形瓶中进行培养，用有机酸调节pH至2-3，设定恒温振荡器温度为28-32℃，转速为150-200r/min，经过反复转移培养使菌种充分生长，增强其在有机酸培养基内的活性；
(2)在细菌生长对数期接种，菌种训化时，配置污染土壤与培养基的固液质量比为18-22：1的泥浆，将目标菌种反复接种，培养出较稳定的菌种，进行淋滤实验；
(3)淋滤前，调节污染土壤与有机酸固液质量比，选用有机酸调节泥浆pH至3-4，待pH稳定后，加入106数量级生物淋滤接种物，再加入FeSO4·7H2O，淋滤时温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在100-200r/min，淋滤1-3天，待淋滤完全，测定污染土壤中重金属Cr、Cd、Pb、Cu的溶出率。
2.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述的有机酸为液体草酸。
3.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(1)中所述培养基由以下原料组成：(NH4)2SO40.15g/L、KCl0.05g/L、K2HPO40.05g/L、MgSO40.5g/L、Ca(NO3)20.01g/L；所述菌种为氧化亚铁硫氧菌；所述培养基与菌种的质量比例优选为20:1。
4.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(1)中所述恒温振荡器温度优选为30℃，转速为优选为170r/min。
5.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(2)中所述培养基与污染土壤的固液质量比优选为20:1。
6.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(3)中所述污染土壤与有机酸固液质量比为1:10-20。
7.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(3)中所述106数量级生物淋滤接种物的加入量为泥浆质量的8-12％，优选为10％。
8.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(3)中所述FeSO4·7H2O浓度控制在10-20g/L。
9.根据权利要求1所述的一种生物淋滤联合有机酸萃取去除土壤中重金属的方法，其特征在于，步骤(3)中所述搅拌速度优选为150r/min。
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