CN110922977A - 一种微生物土壤修复剂及应用和重金属污染土壤修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物土壤修复剂及应用和重金属污染土壤修复方法。该微生物土壤修复剂包括组分A和组分B；所述组分A为表面活性剂的水溶液；所述组分B包括：复合菌制剂20‑30重量份、熟化有机物10‑15重量份、腐殖酸3‑8重量份、粘土5‑12重量份、粉煤灰4‑10重量份和羧甲基壳聚糖1‑5重量份。本发明的修复方法通过控制土壤体系中的含水率，保证了修复剂中各组分更好的发挥作用，提高了土壤的修复效果。本发明的修复剂可修复多种重金属污染的土壤，而且避免了修复时对重金属污染土壤产生的二次污染，修复周期短，修复效果好。本发明的微生物修复重金属土壤的方法简单，能耗低，环境友好，具有极好的应用前景。

Description

一种微生物土壤修复剂及应用和重金属污染土壤修复方法
技术领域
本发明属于微生物土壤修复领域，更具体地，涉及一种微生物土壤修复剂及应用和重金属污染土壤修复方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高问题，统称为土壤重金属污染。
重金属一般是指比重在4.0以上的约60种元素或比重在5.0以上的约45种元素。在环境污染研究中的重金属主要是指Pb、Cd、Hg、Cr以及类金属As等生物毒性显著的元素，还包括具有一定毒性的重金属Zn、Cu、Co、Ni和Sn等元素。有些重金属元素是人体和其它生物体必需的元素，但是其浓度超过一定范围就会引起中毒。
而农田土壤重金属污染有巨大的危害性，土壤中重金属污染不但会导致农作物减产和品质下降，还会通过土壤-植物系统，经食物链进入人体，危害人体健康和生命安全。
目前，土壤重金属修复技术主要分为物理修复、化学修复、植物修复、微生物修复和农业工程修复技术，其中微生物修复由于其无二次污染、修复简单等优点，成为目前研究的热点然而目前关于微生物修复也存在着，修复剂成本高、修复重金属单一以及修复方法复杂或修复时间长等缺陷。
中国发明专利申请CN106398702A公开了一种重金属污染土壤高效还原修复药剂，包括以下重量组份：纳米零价铁8-18份，硫酸亚铁5-26份，多硫化钙3-17份，赤铁矿2-9份，铁粉5-19份，硫化钠1-3份，脱乙酰甲壳素3-11份，氯化铁2-16份，微生物组合剂9-38份，复合溶解剂50-180份，其中所述微生物组合剂包括以下重量组份：芽孢杆菌2-7份，白腐真菌3-10份，沟戈登氏菌4-11份；所述复合溶解剂包括以下重量组份：水32-112份，碳酸氢铵11-30份，磷酸钙6-20份，硫酸钾1-18份。该重金属污染土壤高效还原修复药剂对五从砷和六从铬具有较好的修复效果，但是该修复药剂采用铁粉、铁矿以及多种铁盐，土壤修复的成本较高，难以推广。
中国发明专利申请CN 107457253A公开了一种用于砷污染土壤修复的药剂，由微生物菌液和稳定剂组成；所述稳定剂包含软锰矿、铁盐、钙盐和天然矿物；所述微生物菌液为青霉属真菌；所述稳定剂由软锰矿、铁盐、钙盐和天然矿物按质量比1～3：50～60：20～30：5～10组成。该土壤修复剂仅仅对砷具有修复效果，无法用于其他重金属污染土壤的修复。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种微生物土壤修复剂及应用和重金属污染土壤修复方法，实现土壤中重金属的修复周期短、修复效果好的目的。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种微生物土壤修复剂，该微生物土壤修复剂包括组分A和组分B；
所述组分A为表面活性剂的水溶液；
所述组分B包括：复合菌制剂20-30重量份、熟化有机物10-15重量份、腐殖酸3-8重量份、粘土5-12重量份、粉煤灰4-10重量份和羧甲基壳聚糖1-5重量份；
所述复合菌制剂包括以下重量百分比的组分：3-10％复合菌、50-70％水辉石和25-40％玉米芯；
所述复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌的混合物；
所述熟化有机物为农作物秸秆、鸡粪和污泥经熟化后得到的熟化有机物。
作为优选方案，所述表面活性剂的水溶液的浓度为5-10mmol/L。
作为优选方案，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、月桂酰谷氨酸钠、椰油酰肌氨酸钠、甲基月桂酰基牛磺酸钠和磺基琥珀酸二己酯钠中的至少一种。
作为优选方案，所述复合菌中地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌的重量比为4-6：2-3：0.5-1：0.5-1。所述复合菌由地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌按上述重量比混合而成。
作为优选方案，所述水辉石的粒径为200-325目。
作为优选方案，所述玉米芯的粒径为100-200目。
作为优选方案，所述熟化有机物由包括如下步骤的方法制备得到：
将农作物秸秆、鸡粪和污泥于温度为20-30℃、水分含量为50-60％的条件下熟化15-30天后，得到熟化有机物。作为更进一步的优选方案，按上述方法制备熟化有机物后，通常通过烘干等手段控制其含水量为5％-10％。
作为优选方案，所述污泥为污水处理厂生化处理后得到的达标污泥，所述污泥的湿度为40-60％。
作为进一步的优选方案，农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为5-10：1-5：3-7。
本发明的第二方面提供上述的微生物土壤修复剂在修复土壤重金属污染物中的应用。
本发明的第三方面提供一种重金属污染土壤修复方法，该重金属污染土壤修复方法采用上述的微生物土壤修复剂，包括：
(1)向土壤中喷入组分A；
(2)将熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(3)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，喷入水。
(4)在常温下养护。
作为优选方案，喷入水后土壤的含水量为25-40％。
作为优选方案，相对于1kg土壤，组分A的加入量为1-5g。
作为优选方案，相对于1kg土壤，组分B的加入量为30-100g。
作为优选方案，常温下养护的时间为2-10天。
本发明的有益效果：
本发明的修复剂通过添加表面活性剂，可以改善土壤的理化性能，提高了组分B对土壤中的重金属的修复效果。
本发明中使用的复合微生物为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌混合而成的，四种微生物共同作用，具有较高的活性，有效修复重金属污染土壤。
本发明利用污水厂的污泥和鸡粪对农作物秸秆进行处理，一方面，污泥和鸡粪相配合，更好的对农作物秸秆进行熟化，同时，污泥和鸡粪能够提供丰富的有机质和营养成分，提高土壤的肥力；另一方面，利用污泥和鸡粪中的丰富微生物，进一步增加了微生物的繁殖，加速土壤中重金属污染物的转化或固化，同时对有机污染物也具有修复作用。
本发明的修复方法通过控制土壤体系中的含水率，保证了修复剂中各组分更好的发挥作用，提高了土壤的修复效果。
本发明的修复剂可修复多种重金属污染的土壤，而且避免了修复时对重金属污染土壤产生的二次污染，修复周期短，修复效果好。
本发明的微生物修复重金属土壤的方法简单，能耗低，环境友好，具有极好的应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
一种微生物土壤修复剂，包括组分A和组分B；
组分A为浓度8mmol/L的十二烷基硫酸钠水溶液；
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂25份、熟化有机物12份、腐殖酸6份、粘土7份、粉煤灰8份和羧甲基壳聚糖3份。
复合菌制剂由5％复合菌、65％水辉石和30％玉米芯组成。
复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌按重量比5：2：0.5：1混合而成。
水辉石的粒径为200-325目，玉米芯的粒径为100-200目。
熟化有机物的制备方法为：取农作物秸秆、鸡粪和污泥，于温度为25℃，水分含量为55％的条件下熟化25天后，粉碎、过100目筛即得，并控制熟化有机物含水量为8％；其中农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为7：3：6。
污泥为某污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为50wt％。
上述微生物土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)向土壤中喷入组分A，混匀；
(2)取复合菌、水辉石和玉米芯混合，得复合菌制剂；
(3)取熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(4)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，混匀，喷入水，使土壤含水量为30％；
(5)常温下养护9天，并控制土壤的含水量为30％。
对土壤修复时，组分A的添加量为每千克土壤3g，组分B的添加量为每千克土壤60g。
实施例2
一种微生物土壤修复剂，包括组分A和组分B；
组分A为浓度8mmol/L的磺基琥珀酸二己酯钠水溶液；
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂28份、熟化有机物13份、腐殖酸6份、粘土8份、粉煤灰8份和羧甲基壳聚糖4份。
复合菌制剂由9％复合菌、56％水辉石和35％玉米芯组成。
复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌按重量比5：2：1：0.5混合而成。
水辉石的粒径为200-325目，玉米芯的粒径为100-200目。
熟化有机物的制备方法为：取农作物秸秆、鸡粪和污泥，于温度为28℃，水分含量为50％的条件下熟化21天后，粉碎、过80目筛即得，并控制熟化有机物含水量为10％；其中农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为6：3：4。
污泥为某污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为55wt％。
上述微生物土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)向土壤中喷入组分A，混匀；
(2)取复合菌、水辉石和玉米芯混合，得复合菌制剂；
(3)取熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(4)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，混匀，喷入水，使土壤含水量为35％；
(5)常温下养护6天，并控制土壤的含水量为35％。
对土壤修复时，组分A的添加量为每千克土壤2g，组分B的添加量为每千克土壤70g。
实施例3
一种微生物土壤修复剂，包括组分A和组分B；
组分A为浓度为5mmol/L甲基月桂酰基牛磺酸钠水溶液；
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂20份、熟化有机物10份、腐殖酸3份、粘土5份、粉煤灰4份和羧甲基壳聚糖1份。
复合菌制剂由3％复合菌、70％水辉石和27％玉米芯组成。
复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌按重量比4：2：0.5：0.5混合而成。
水辉石的粒径为200-325目，玉米芯的粒径为100-200目。
熟化有机物的制备方法为：取农作物秸秆、鸡粪和污泥，于温度为20℃，水分含量为60％的条件下熟化30天后，粉碎、过80目筛即得，并控制熟化有机物含水量为5％；其中农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为5：1：3。
污泥为某污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为40wt％。
上述微生物土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)向土壤中喷入组分A，混匀；
(2)取复合菌、水辉石和玉米芯混合，得复合菌制剂；
(3)取熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(4)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，混匀，喷入水，使土壤含水量为25％；
(5)常温下养护10天，并控制土壤的含水量为25％。
对土壤修复时，组分A的添加量为每千克土壤1g，组分B的添加量为每千克土壤100g。
实施例4
一种微生物土壤修复剂包括组分A和组分B；
组分A为浓度为10mmol/L十二烷基硫酸钠的水溶液；
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂30份、熟化有机物15份、腐殖酸8份、粘土12份、粉煤灰10份和羧甲基壳聚糖5份。
复合菌制剂由10％复合菌、50％水辉石和40％玉米芯组成。
复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌按重量比6：3：1：1混合而成。
水辉石的粒径为200-325目，玉米芯的粒径为100-200目。
熟化有机物的制备方法为：取农作物秸秆、鸡粪和污泥，于温度为30℃，水分含量为50％的条件下熟化15天后，粉碎、过100目筛即得，并控制熟化有机物含水量为10％；其中农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为10：5：7。
污泥为某污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为60wt％。
上述微生物土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)向土壤中喷入组分A，混匀；
(2)取复合菌、水辉石和玉米芯混合，得复合菌制剂；
(3)取熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(4)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，混匀，喷入水，使土壤含水量为40％；
(5)常温下养护4天，并控制土壤的含水量为40％。
对土壤修复时，组分A的添加量为每千克土壤5g，组分B的添加量为每千克土壤30g。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于，农作物秸秆、鸡粪和污泥不进行熟化处理，具体如下：
一种微生物土壤修复剂，包括组分A和组分B；
组分A为浓度8mmol/L的十二烷基硫酸钠水溶液；
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂25份、有机物12份、腐殖酸6份、粘土7份、粉煤灰8份和羧甲基壳聚糖3份。
复合菌制剂由5％复合菌、65％水辉石和30％玉米芯组成。
复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌按重量比5：2：0.5：1混合而成。
水辉石的粒径为200-325目，玉米芯的粒径为100-200目。
其中有机物由质量比为7：3：6的农作物秸秆、鸡粪和污泥组成。
污泥为某污水处理厂达标的污泥，并控制所述污泥的湿度为50wt％。
上述微生物土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)向土壤中喷入组分A，混匀；
(2)取复合菌、水辉石和玉米芯混合，得复合菌制剂；
(3)取有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(4)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，混匀，喷入水，使土壤含水量为30％；
(5)常温下养护9天，并控制土壤的含水量为30％。
对土壤修复时，组分A的添加量为每千克土壤3g，组分B的添加量为60g。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于水辉石和玉米芯的质量比不同，即复合菌制剂由5％复合菌、40％水辉石和50％玉米芯组成；其余同实施例1。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于组分B的组成。
组分B由如下重量份数的组分组成：复合菌制剂25份、熟化有机物8份、腐殖酸2份、粘土7份、粉煤灰13份和羧甲基壳聚糖6份。
其余同实施例1。
对比例4
与实施例1相比，区别仅在于鸡粪和污泥的质量比不同。
其中，农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为7：7：2。
其余同实施例1。
测试例
本测试例根据HJ/T299硫酸硝酸法，对本发明实施例1-4和对比例1-4制备的土壤修复剂对污染土壤的修复效果进行了测定，结果见表1。
表1
Figure BDA0002299368400000101
由表1可知，采用本发明实施例1-4的微生物土壤修复剂，土壤中砷、镉、铅、铬等重金属的含量明显降低，土壤的孔隙率也得到明显地提高，而对比例1-4的微生物土壤修复剂，砷、镉、铅、铬等重金属也明显降低，孔隙率也得到提高，然而由于微生物修复剂制备过程中的原料等条件改变，其修复效果稍差于实施例1-4的微生物修复剂，说明本发明的微生物修复剂有更好的降低重金属以及提高也隙率的效果。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种微生物土壤修复剂，其特征在于，该微生物土壤修复剂包括组分A和组分B；
所述组分A为表面活性剂的水溶液；
所述组分B包括：复合菌制剂20-30重量份、熟化有机物10-15重量份、腐殖酸3-8重量份、粘土5-12重量份、粉煤灰4-10重量份和羧甲基壳聚糖1-5重量份；
所述复合菌制剂包括以下重量百分比的组分：3-10％复合菌、50-70％水辉石和25-40％玉米芯；
所述复合菌为地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌的混合物；
所述熟化有机物为农作物秸秆、鸡粪和污泥经熟化后得到的熟化有机物，农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为3-12：0.5-6：3-8。
2.根据权利要求1所述的微生物土壤修复剂，其中，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、月桂酰谷氨酸钠、椰油酰肌氨酸钠、甲基月桂酰基牛磺酸钠和磺基琥珀酸二己酯钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的微生物土壤修复剂，其中，所述复合菌中地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌的重量比为4-6：2-3：0.5-1：0.5-1。
4.根据权利要求1所述的微生物土壤修复剂，其中，所述熟化有机物由包括如下步骤的方法制备得到：
将农作物秸秆、鸡粪和污泥于温度为20-30℃、水分含量为50-60％的条件下熟化15-30天后，得到熟化有机物。
5.根据权利要求4所述的微生物土壤修复剂，其中，农作物秸秆、鸡粪和污泥的质量比为5-10：1-5：3-7。
6.权利要求1-5中任意一项所述的微生物土壤修复剂在修复土壤重金属污染物中的应用。
7.一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，该重金属污染土壤修复方法采用权利要求1-4中任意一项所述的微生物土壤修复剂，包括：
(1)向土壤中喷入组分A；
(2)将熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖和复合菌制剂混合，得组分B；
(3)将组分B加入步骤(1)得到的土壤中，喷入水。
(4)在常温下养护。
8.根据权利要求7所述的重金属污染土壤修复方法，其中，喷入水后土壤的含水量为25-40％。
9.根据权利要求7所述的重金属污染土壤修复方法，其中，相对于1kg土壤，组分A的加入量为1-5g。
10.根据权利要求7所述的重金属污染土壤修复方法，其中，相对于1kg土壤，组分B的加入量为30-100g。
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