CN111360062A - 用于修复受污染土壤的混合微生物及湿法解毒铬渣堆场污染土壤的微生物修复方法 - Google Patents

用于修复受污染土壤的混合微生物及湿法解毒铬渣堆场污染土壤的微生物修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于修复受污染土壤的混合微生物及湿法解毒铬渣堆场污染土壤的微生物修复方法，选用硫酸盐还原菌、铁还原菌混菌在中性条件下于含180‑200mg/LCr(VI)液体培养基中培养，直到培养基中Cr(VI)浓度低于检测线，选取该瓶中的菌株进行转接，逐步提高Cr(VI)浓度进行梯度驯化；将驯化后菌液加入受污染的土壤中，菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比(g:mL)为1:1‑2:1，于30℃‑35℃下培养5‑10天后，修复后土壤中可溶态Cr(VI)含量低于3‑4mg/kg。该方法通过一种具有还原Cr(VI)和Fe(III)能力的混菌来处理和修复湿法解毒铬渣堆场污染的土壤。

Description

用于修复受污染土壤的混合微生物及湿法解毒铬渣堆场污染 土壤的微生物修复方法
技术领域
本发明属于微生物技术领域，涉及一种污染土壤的微生物修复技术，具体涉及一种用于修复受污染土壤的混合微生物及湿法解毒修复铬渣堆场污染土壤的微生物方法。
背景技术
铬渣是铬盐工业中产生的危险废物，严重污染环境。湿法解毒工艺因不受铬渣类型、处理规模和场地的限制，具有很大的灵活性和适用性而广泛应用。湿法解毒工艺主要是利用酸将铬渣调节至酸性，使固溶体中的六价铬释放出来，然后利用还原剂或沉淀剂将其还原为无毒的Cr或不溶性的沉淀而解毒，湿法还原剂有亚硫酸钠、硫酸亚铁、硫化钠、多硫化钙等，比较经典的有硫酸一硫酸亚铁湿法解毒工艺。但湿法解毒工艺存在一些致命性的问题和不足，制约着湿法还原工艺的应用。尤其铬渣中铬的赋存形态复杂、铬渣具有强碱性和较大酸缓冲能力，残余的三价铁再次氧化三价铬，使得六价铬反溶，造成常规湿法解毒工艺还原不彻底、处理效果不稳定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于修复受污染土壤的混合微生物，该混合微生物可长效稳定固化六价铬。
本发明的第二个目的在于提供一种上述混合微生物的共培养培养基。
本发明的第三个目的在于提供一种湿法解毒修复铬渣堆场污染土壤的微生物方法，该方法通过微生物的还原及调控作用，将六价铬充分还原，并提高pH降低Eh，降低三价铁含量，实现铬渣堆场污染土壤中六价铬的长效稳定固化。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于修复受污染土壤的混合微生物，该混合微生物为硫酸盐还原菌与铁还原菌按1:1的混合培养物；其中，该硫酸盐还原菌的分类名称为：Uncultured sulfate-reducing bacterium SRB-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，保藏日期为：2015年9月14日，保藏编号为：CCTCC NO：M2015535；该铁还原菌的分类名称为：脂环酸杆菌(Alicyclobacillus sp.)Biometed-B，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为：2012年12月26日，保藏编号为：CGMCC NO.7039。
本发明还提供一种上述混合微生物的共培养培养基，该共培养培养基配方为：葡萄糖0-2g，酵母粉0-1g，乳酸钠0-5g，NH4Cl 0-1.5g，Na2SO4 0-2.5g、MgSO4 0-0.8g、K2HPO40-1g、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0-1.5g和CaCl2 0-1.5g，将上述成分溶于1L蒸馏水中，调整pH为7.0-7.2。
本发明又提供一种湿法解毒铬渣堆场污染土壤的微生物修复方法，包括如下步骤：
1)接种如权利要求2所述的共培养培养基培养的权利要求1所述的混合微生物置于装有80-100mL的共培养培养基的150-250mL锥形瓶中，其中，共培养培养基采用利用1mol/L的H2SO4或NaOH调节初始pH值至7.0-7.2，将锥形瓶置于温度为30℃～35℃的空气浴恒温振荡器培养3～4天；
2)接种步骤1)培养后的所述混合微生物置于另一装有80-100mL的共培养培养基的150-250mL锥形瓶中，利用0.1-0.5mol/L的K2Cr2O7和0.1-0.3mol/L的Fe2(SO4)3调整培养基中初始Cr(VI)浓度为180-200mg/L，Fe(III)浓度为2-3g/L，锥形瓶中Cr(VI)浓度以50-80mg/L梯度递增，依次对修复菌群进行驯化，将锥形瓶置于温度为30℃～35℃的空气浴恒温振荡器培养3-4天，得到高耐受、高效还原铬及还原三价铁的混合菌株；
3)将受污染的土壤置于150-250mL锥形瓶中，并将步骤2)驯化培养后的混合微生物接种于锥形瓶中，将锥形瓶置于温度为30℃-35℃的空气浴恒温振荡器培养5-10天后，土壤得到修复。
优选地，步骤1)中所述的菌种接种体积为培养基体积的10％～15％，初始供接种的菌液细菌浓度为7.8×107-8.3×107个/mL。
培养过程中，每隔1-2天加入培养基以补充反应过程中溶液的挥发。接种后培养基中细菌浓度为8.2×107-9.6×107个/mL。Cr(VI)还原率可达99.1％～99.9％，Fe(III)浓度低于检测线(低于1ug/L)。
其中，步骤2)所述菌种接种体积为培养基体积的8％～12％，初始供接种的菌液细菌浓度为8.0×107-9.5×107个/mL。
其中，Cr(VI)浓度梯度递增到400-600mg/L。
培养过程中，每隔1-2天加入培养基以补充反应过程中溶液的挥发。
接种后培养基中细菌浓度为7.5×107-10.3×107个/mL，Cr(VI)还原率可达98.5％～99.6％，Fe(III)浓度低于检测线(低于1ug/L)。
其中，步骤3)所述菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比(g:mL)为1:1-2:1。
采用微生物修复后，土壤中可溶态Cr(VI)含量低于3-4mg/kg，三价铁浓度低于检测线，沉淀物检测后，铬主要存在形式为氢氧化铬沉淀，在土壤中比较稳定，不易迁移且生物可利用性较弱。
Cr渣原样Cr的含量为2.11％-2.43％，含量远远超出土壤环境质量标准(III级标准总铬含量要求低于300mg/kg)，可溶性三价铁含量为1.2-1.5g/L，也是造成三价铬不稳定六价铬返溶的原因，因此需要对其处理以满足土壤环境质量标准。
本发明的有益效果在于：
本发明针对湿法解毒铬渣堆场铬易返溶，严重污染周边土壤地下水等一系列问题，为了修复受污染土壤实现铬的长效稳定，创新性的提供一种微生物修复方法，通过降低体系中三价铁含量形成还原性环境，调控环境中pH和Eh，还原六价铬为三价铬，形成一种长效稳定固化六价铬的方法，即可以在中性及偏碱性pH下将六价铬离子还原固化为氢氧化铬沉淀，实现了修复铬污染土壤的目的。
附图说明
图1为本发明所用的硫酸盐还原菌的扫描电镜图。
图2为本发明所用的铁还原菌的显微镜图。
图3为本发明实施例1中各个样品的Cr分布状态图。
具体实施方式
以下结合实施例详细地说明本发明。实施方案便于更好的理解本发明，并非对本发明的限制，任何等同替换或公知改变均属于本发明保护范围。
本发明所涉及的用于修复受污染土壤的微生物为硫酸盐还原菌与铁还原菌按1:1的混合培养物。
其中，该硫酸盐还原菌的分类名称为：Uncultured sulfate-reducing bacteriumSRB-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内，保藏日期为：2015年9月14日，保藏号为：CCTCC NO：M2015535，该菌的扫描电镜图如图1所示。
该铁还原菌的分类名称为：Alicyclobacillus sp.，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为2012年12月26日，保藏号为：CGMCC NO.7039，该菌的扫描电镜图如图2所示。
实施例1
以湿法解毒处理青海铬渣堆场，取Cr渣原样，绿化边坡及岩石边坡三个采样点为研究对象。其中，堆场周边离水源近有部分绿植的区域称为绿化边坡，堆场置存点离山体较近的区域称为岩石边坡。
Cr渣原样、绿地边坡和岩石边坡样品在1mol/L的KCl溶液中的pH值(依据土壤pH测定方法)分别为10.42、8.37和7.98。由于原渣碱度较高，绿化边坡离湟水河较近有水的稀释作用，岩石边坡离山体比较近，周边岩石风化沉积作用对铬渣有稀释作用，因此会产生pH差异。Cr渣原样、绿地边坡和岩石边坡样品的主量元素利用ICP测试，分析结果如表1所示。Cr渣原样、绿地边坡和岩石边坡样品中Cr的含量分别为2.38％、0.21％和0.48％，含量远远超出土壤环境质量标准(III级标准总铬含量低于300mg/kg)。
表1样品主要化学成分(wt％)
Figure BDA0001922852210000041
利用Tessier法分析Cr的存在形态，结果如图3所示。原渣中Cr元素主要分布在铁锰矿物中，其次为残渣态中，溶解态(可交换态及水溶态)中含量可达10％；绿化边坡中Cr元素主要以残渣态形式存在，其次为铁锰结合态，溶解态含量较低；岩石边坡中Cr元素主要以铁锰结合态形式存在，溶解态可高达近40％，说明岩石边坡风化氧化程度较高，多以游离态形式存在。而绿化边坡中Cr元素相对稳定，氧化程度较低主要存在于残渣态中。因此Cr稳定程度分别为绿化边坡＞原渣＞岩石边坡。
实施例2湿法解毒铬渣堆场污染土壤微生物修复方法
修复中所用培养基的成分为：葡萄糖1g，酵母粉1.2g，乳酸钠0.5g，NH4Cl 0.9g，Na2SO4 1.2g、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 1.3g和CaCl2 0.1g溶于1L蒸馏水中，调整pH为7.0。
取原渣、绿化边坡及岩石边坡样品，均设置修复组，水对照组和培养基对照组，每组取样品150g，分别置于250mL锥形瓶中。修复组为加入90mL培养基，接种10mL菌液，水对照组为仅加入100mL水，培养基对照组为仅加入100mL培养基。
然后于培养箱中常温静止培养3-4天，以确定微生物修复效果。
1)修复前后pH及Eh变化
加入菌液的三个样品的修复组Eh从初始260-300mV降至-400—-260mV，降低幅度明显，水及培养基对照组Eh趋于稳定(250-310mV)；加入菌液的修复组pH稳定在7.5-8.5，此pH和Eh范围铬的稳定形态为Cr(OH)3。
2)微生物修复效果
相比于加入水与培养基的对照组数据，加入菌液的修复组铬修复效果显著，经过微生物修复5-7天后，Cr(VI)还原固定率均达到99.1％以上，三价铁低于检测线。沉淀后产物经检测为Cr(OH)3。
本发明提供的修复铬污染土壤微生物原位固化的方法，在硫酸盐还原菌及铁还原菌的作用下，溶液中的六价铬离子可形成的三价氢氧化铬沉淀，将沉淀进行固液分离，该菌除了氢氧化铬沉淀产生的代谢产物还可以螯合少量游离的六价铬离子。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于修复受污染土壤的混合微生物，其特征在于，该混合微生物为硫酸盐还原菌与铁还原菌按1:1的混合培养物；
其中，该硫酸盐还原菌的分类名称为：Uncultured sulfate-reducing bacteriumSRB-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，保藏日期为：2015年9月14日，保藏编号为：CCTCC NO：M2015535；
该铁还原菌的分类名称为：脂环酸杆菌(Alicyclobacillus sp.)Biometed-B，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为：2012年12月26日，保藏编号为：CGMCC NO.7039。
2.一种用于放大培养如权利要求1所述的混合微生物的共培养培养基，其特征在于，该共培养培养基配方为：葡萄糖0.2-2g，酵母粉0.2-1g，乳酸钠0.2-5g，NH4Cl 0.2-1.5g，Na2SO4 0.2-2.5g、MgSO4 0.1-0.8g、K2HPO4 0.1-1g、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.1-1.5g和CaCl20.1-1.5g，将上述成分溶于1L蒸馏水中，调整pH为7.0-7.2。
3.一种湿法解毒修复铬渣堆场污染土壤的微生物方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种如权利要求2所述的共培养培养基培养的权利要求1所述的混合微生物置于装有80-100mL的共培养培养基的150-250mL锥形瓶中，其中，共培养培养基采用利用1mol/L的H2SO4或NaOH调节初始pH值至7.0-7.2，将锥形瓶置于温度为30℃～35℃的空气浴恒温振荡器培养3～4天；
2)接种步骤1)培养后的所述混合微生物置于另一装有80-100mL的共培养培养基的150-250mL锥形瓶中，利用0.1-0.5mol/L的K2Cr2O7和0.1-0.3mol/L的Fe2(SO4)3调整培养基中初始Cr(VI)浓度为180-200mg/L，Fe(III)浓度为2-3g/L，锥形瓶中Cr(VI)浓度以50-80mg/L梯度递增，依次对修复菌群进行驯化，将锥形瓶置于温度为30℃～35℃的空气浴恒温振荡器培养3-4天，得到高耐受、高效还原铬及还原三价铁的混合菌株；
3)将受污染的土壤置于150-250mL锥形瓶中，并将步骤2)驯化培养后的混合微生物接种于锥形瓶中，将锥形瓶置于温度为30℃-35℃的空气浴恒温振荡器培养5-10天后，土壤得到修复。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的菌种接种体积为培养基体积的10％-15％，初始供接种的菌液细菌浓度为7.8×107-8.3×107个/mL。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)所述菌种接种体积为培养基体积的8％-12％，初始供接种的菌液细菌浓度为8.0×107-9.5×107个/mL。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)所述Cr(VI)浓度梯度递增到400-600mg/L。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)所述菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比g:mL为1:1-2:1。
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