CN109848207A - 一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，属于土壤修复技术领域。它解决了现有技术中土壤修复成本高等问题。本氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，包括以下步骤：A、制备富集混合菌悬液；B、培养混合产酸菌；C、发酵得到产酸菌发酵液；D、活化氟污染土壤；E、布设超累积氟的景观植物；F、布设电极；G、安装太阳能供电系统。本方法成本低、污染少，能够促进有效态氟的转化吸收，实现原位景观式氟污染土壤的修复。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复领域，涉及一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法。
背景技术
氟是人体和动物必需的微量元素，微量摄入可促进儿童生长发育和预防龋齿。钢铁冶炼、磷肥生产和氟化工等行业产生的含氟三废通过沉降、淋洗等方式进入环境，造成土壤及地下水污染，被植物及其他农作物吸收累积，从而导致农作物产量和质量下降，进而破坏人体体内代谢平衡，出现氟中毒、氟斑牙、氟骨病等病症。
氟在土壤中的存在形态多样，可分为总氟、水溶态氟、树脂交换态氟、残渣态氟等，其中水溶态氟最易被植物吸收，也为活泼，不停与土壤中的其他成分发生化学反应，土壤酸碱度、有机质含量等因素影响水溶态氟含量变化。A层土壤总氟平均含量为522mg/kg，不同地理分区差异不大，但水溶性氟差异明显，高氟地区氟含量超过980mg/kg。
目前，现有的氟污染土壤的修复方法有客土、深埋，化学钝化、淋洗，电动修复以及植物修复等方法。经检索，如中国专利文献公开了一种氟污染土壤的修复剂及一种氟污染土壤的修复方法【专利号：ZL201510728049.3；授权公告号：CN105419804B】。这种氟污染土壤的修复剂及一种氟污染土壤的修复方法，所述氟污染土壤的修复剂包括改性泥炭，钙镁磷肥，以及碳酸钙、氧化钙或氢氧化钙中的至少一种；所述氟污染土壤的修复方法包括以下步骤：分析氟污染土壤的容重和土壤中水溶态氟的含量，向所述氟污染土壤中添加氟污染土壤的修复剂。但是，这种采用添加修复剂的修复方法存在修复成本高、易导致二次污染等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，本氟污染土壤的景观式原位联合修复方法成本低，能够促进有效态氟的转化吸收，实现原位景观式氟污染土壤的修复。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、制备富集混合菌悬液：从含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥中制得富集混合菌悬液；
B、培养混合产酸菌：将富集混合菌悬液稀释，进行培养筛选得到混合产酸菌；
C、发酵得到产酸菌发酵液：将筛选后的产酸菌通过发酵罐扩大培养获得含低分子有机酸的产酸菌发酵液；
D、活化氟污染土壤：将含低分子有机酸的产酸菌发酵液按照10-20L/m2喷洒至氟污染土壤中，活化3-5天；之后在20cm深度内翻土1次，再次喷洒产酸菌发酵液活化3-5天；
E、布设超累积氟的景观植物：以20m2氟污染土壤区域为一单元，在单元两侧以幼苗栽培方式种植超累积氟的景观植物；
F、布设电极：在单元中间及两侧置入电极，污染区中间为阴极，两侧为阳极，且阳极位于景观植物之间；
G、安装太阳能供电系统：通过太阳能供电系统供电，利用电动力促使氟离子在植物根系累积吸收，实现氟污染土壤的修复。
该方法将制备的含低分子有机酸的产酸菌发酵液添加至氟污染土壤中，促进土壤中植物有效态氟的转化，以20m2氟污染土壤区域为一个单元，在污染土壤地块两侧置入电极，通过太阳能供电系统供电，利用电动力作用促进植物有效态氟向阳极侧迁移富集，在阳极一侧种植超累积氟的景观植物，促进超累积植物对氟的吸收实现氟污染土壤的原位修复，减少作物对氟的吸收。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤A，包含以下子步骤：
A1、将含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥置于30℃恒温培养箱中培养3天；
A2、取少量培养箱中的含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥，加入到无菌水中，用玻璃棒搅拌配成悬液；
A3、将悬液接种至牛肉膏蛋白胨培养基，瓶口用纱布和报纸包好后置于30℃、120rpm的恒温摇床中振荡培养48h；
A4、取1ml菌悬液接种至富集培养基，置于30℃、120rpm的恒温摇床中振荡培养48h；
A5、步骤A4重复3-5次后，得到富集混合菌悬液。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤B，包含以下子步骤：
B1、将富集得到的混合菌悬液稀释后，涂布接种至固体培养基中，置于30℃恒温培养箱中培养24h；
B2、在长出的菌落周边滴加酚红溶液，观察培养基颜色变化，将产生变色圈的菌落筛选出，并接种至液体培养基，置于30℃摇床恒温培养，测定培养液pH值，筛选得混合产酸菌。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤B2的液体培养基的pH值为6.86，包含葡萄糖10g、蛋白胨2.5g、牛肉膏1.5g、酵母浸粉0.25g、L-半胱氨酸0.25g、氯化钠2.5g、磷酸氢二钾0.25g、硫酸亚铁0.005g、硫酸镁0.25g和蒸馏水500ml。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤C采用15L搅拌式发酵罐，发酵条件为温度20-30℃，pH值为5.5-6，接种量1％-2％，通气量0100-0200vvm，搅拌转速50-100r/min，装液量40-70％。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的景观植物由茶梅、山茶树、枫杨、香樟、国槐、刺槐、臭椿、合欢中的任意其一或多种混合。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤F中，所述的电极采用石墨板电极桩，石墨板电极桩在氟污染土壤区域采用平行布设方式，且石墨板电极桩深度为0.5m。
在上述氟污染土壤的景观式原位联合修复方法中，所述的步骤G中，所述的太阳能供电系统包括太阳能组件和太阳能控制器。
与现有技术相比，本氟污染土壤的景观式原位联合修复方法具有以下优点：
(1)、该方法采用采用电化学-微生物-植物联合修复技术，通过电迁移在污染土壤两侧，避免二次污染的同时可促进氟离子在植物根系的累积，有利于后续植物的吸收，实现氟污染土壤修复，且还不破坏土壤环境及农作物种植，达到成本、效率、环保等多方面因素的优势互补。
(2)、该方法采用微生物发酵产生的低分子有机酸，不仅能促进土壤氟离子的浸出，还具有成本低、环保无污染的功效。
附图说明
图1是本发明的方法流程框图；
图2是本发明待修复土壤单元的修复布设示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，包括以下步骤：
A、制备富集混合菌悬液：从含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥中制得富集混合菌悬液，具体的包含以下子步骤：A1、将含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥置于30℃恒温培养箱中培养3天；A2、取少量培养箱中的含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥，加入到无菌水中，用玻璃棒搅拌配成悬液；A3、将悬液接种至牛肉膏蛋白胨培养基，瓶口用纱布和报纸包好后置于30℃、120rpm的恒温摇床中振荡培养48h；A4、取1ml菌悬液接种至富集培养基，置于30℃、120rpm的恒温摇床中振荡培养48h；A5、步骤A4重复4次后,富集得到混合菌悬液；
B、培养混合产酸菌：将富集混合菌悬液稀释，进行培养筛选得到混合产酸菌，具体包含以下子步骤：B1、将富集得到的混合菌悬液稀释后，涂布接种至固体培养基中，置于30℃恒温培养箱中培养24h；B2、在长出的菌落周边滴加酚红溶液，观察培养基颜色变化，将产生变色圈的菌落筛选出，并接种至液体培养基，置于30℃摇床恒温培养，测定培养液pH值，筛选得混合产酸菌；
C、发酵得到产酸菌发酵液：利用含L-半胱氨酸的液体培养基，将筛选后的产酸菌通过发酵罐扩大培养获得含低分子有机酸的产酸菌发酵液，具体的采用15L搅拌式发酵罐，发酵条件为温度25℃，pH值为5.5，接种量1％，通气量0175vvm，搅拌转速80r/min，装液量60％；
D、活化氟污染土壤：将含低分子有机酸的产酸菌发酵液按照15L/m2喷洒至氟污染土壤中，活化4天；之后在20cm深度内翻土1次，再次喷洒产酸菌发酵液活化4天；
E、布设超累积氟的景观植物：以20m2氟污染土壤区域为一单元，规格10mX2m，在单元两侧以幼苗栽培方式种植超累积氟的景观植物，在景观植物的根系直接添加桔皮纤维素基氟离子印迹聚合物0.3kg/株，橘皮纤维素基阳离子表面印迹聚合物从橘皮中提取在自然环境中可快速降解，且所种植的景观植物为1行1年生茶梅苗，1行1年生香樟树苗；
F、布设电极：以20m2氟污染土壤区域为一单元，在单元中间及两侧置入电极，污染区中间为阴极，两侧为阳极，且阳极位于景观植物之间，电极采用石墨板电极桩，石墨板电极桩在氟污染土壤区域采用平行布设方式，且石墨板电极桩深度为0.5m，每隔1m布置1组，1组包含1阴极和2阳极，共需30个电极；
G、安装太阳能供电系统：通过太阳能供电系统供电，利用电动力促使氟离子在植物根系累积吸收，实现氟污染土壤的修复，其中，太阳能供电系统包括太阳能组件和太阳能控制器，且太阳能组件和太阳能控制器均于现有市场上直购，每隔1m设置一组供电系统，10m长度共需10个供电系统，太阳能电池的供电电压选择18V输出，功率按100w设计，夜间、阴天、雨天不供电。
此外，步骤B2的液体培养基的pH值为6.86，包含葡萄糖10g、蛋白胨2.5g、牛肉膏1.5g、酵母浸粉0.25g、L-半胱氨酸0.25g、氯化钠2.5g、磷酸氢二钾0.25g、硫酸亚铁0.005g、硫酸镁0.25g和蒸馏水500ml。
该方法将制备的含低分子有机酸的产酸菌发酵液添加至氟污染土壤中，促进土壤中植物有效态氟的转化，以20m2氟污染土壤区域为一个单元，在污染土壤地块两侧置入电极，通过太阳能供电系统供电，利用电动力作用促进植物有效态氟向阳极侧迁移富集，在阳极一侧种植超累积氟的景观植物，促进超累积植物对氟的吸收实现氟污染土壤的原位修复，减少作物对氟的吸收。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (5)
1.一种氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、制备富集混合菌悬液：从含氟土壤、氟产业园区废水处理厂活性污泥中制得富集混合菌悬液；
B、培养混合产酸菌：将富集混合菌悬液稀释，进行培养筛选得到混合产酸菌；
C、发酵得到产酸菌发酵液：将筛选后的产酸菌通过发酵罐扩大培养获得含低分子有机酸的产酸菌发酵液；
D、活化氟污染土壤：将含低分子有机酸的产酸菌发酵液按照10-20L/m2喷洒至氟污染土壤中，活化3-5天；之后在20cm深度内翻土1次，再次喷洒产酸菌发酵液活化3-5天；
E、布设超累积氟的景观植物：以20m2氟污染土壤区域为一单元，在单元两侧以幼苗栽培方式种植超累积氟的景观植物；
F、布设电极：在单元中间及两侧置入电极，污染区中间为阴极，两侧为阳极，且阳极位于景观植物之间；
G、安装太阳能供电系统：通过太阳能供电系统供电，利用电动力促使氟离子在植物根系累积吸收，实现氟污染土壤的修复。
2.根据权利要求1所述的氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，所述的步骤C采用15L搅拌式试发酵罐，发酵条件为温度20-30℃，pH值为5.5-6，接种量1％-2％，通气量0100-0200vvm，搅拌转速50-100r/min，装液量40-70％。
3.根据权利要求1所述的氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，所述的景观植物由茶梅、山茶树、枫杨、香樟、国槐、刺槐、臭椿、合欢中的任意其一或任意多种混合。
4.根据权利要求1所述的氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，所述的步骤F中，所述的电极采用石墨板电极桩，石墨板电极桩在氟污染土壤区域采用平行布设方式，且石墨板电极桩深度为0.5m。
5.根据权利要求1所述的氟污染土壤的景观式原位联合修复方法，其特征在于，所述的步骤G中，所述的太阳能供电系统包括太阳能组件和太阳能控制器。
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