CN111672900B - 一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，属于岩土工程技术领域。该方法包括以下步骤：步骤1，菌液与胶结液的制作；步骤2，检测疑似污染场地的重金属污染物浓度；步骤3，重金属污染土的修复；步骤4，检测修复效果。本发明采用拌浆的方式，胶结液、菌液与重金属污染物能够充分接触，操作简单，成本低廉，修复均匀性佳，避免了二次污染且修复后的土壤可以作为路基填料。

Description

一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法。具体是利用细菌治理重金属污染土壤的生物修复方法。
背景技术
目前，土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一，近20年来，随着社会经济的高速发展，工业化进程不断加快以及高强度的人类活动，我国土壤的污染面积不断扩大，土壤质量持续恶化加剧；重金属污染作为一种常见的污染物，污染水土后即会对环境产生不良影响，对人体造成严重危害，影响土体的工程性质，导致工程事故的发生。
微生物诱导碳酸钙沉淀是指某些微生物在其新陈代谢过程中生成碳酸钙，把松散的土颗粒等胶结起来，用以改善土体工程性质。改善后的土体可以作为建筑场地，当改善后的土体强度满足路基填料的要求时，可以充当路基填料，成本低廉，稳定性高。
微生物诱导碳酸钙沉淀技术在修复重金属污染土壤方面存在修复不均匀性等问题且问题较为突出，本发明针对上述问题提出一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，能有效改善重金属污染土修复出现的不均匀性等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，以解决上述修复重金属污染场地中存在的问题，且操作简单，成本低廉，修复效果均匀性佳，修复土体的强度高。
本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：
步骤1，菌液与胶结液的制作
步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置培养液，然后将培养液在121～123℃下灭菌20～30min，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌并通风，待培养液的温度降至室温时待用；
步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴氏芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴氏芽孢杆菌与培养液的容量比为1：100，将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28～32℃，振荡频率设定为180～220rpm，培养时间为48～72h；
步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD600值，在OD600＝0.8～1.2时取出待用；
步骤1.4，取摩尔比为50:50的氯化钙与尿素溶液置于烧杯中，加入去离子水进行搅拌，溶解后构成胶结液，胶结液中氯化钙与尿素的质量浓度分别为1％；
步骤2，检测疑似污染场地的重金属污染物浓度
在疑似污染场地中取疑似污染土样，密封保存至实验室，并检测疑似污染土样的重金属污染物浓度，当疑似污染土样的重金属污染物浓度超出国家标准时，认定疑似污染场地为重金属污染场地；
步骤3，重金属污染土的修复
步骤3.1，重金属污染土的实验室修复
在步骤2中的重金属污染场地中取重金属污染土土样，密封保存至实验室，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h，检测修复土样的重金属污染物浓度、无侧限抗压强度、渗透系数；
步骤3.2，重金属污染土的现场修复
在步骤3.1的实验结果基础上，翻开重金属污染物场地中的重金属污染土，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h；
步骤4，检测修复效果
步骤4.1，在步骤3.2修复后的场地中取适量修复土样，密封保存至实验室后，检测修复土样的重金属污染物浓度；
若修复土样的重金属污染物浓度满足步骤2所述国家标准，则修复完成；若修复土样的重金属污染物浓度不满足步骤2所述国家标准，则重复步骤3直至满足国家标准；
步骤2所述国家标准为：
(1)《GB15618-2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
(2)《GB36600-2018土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
当疑似污染场地为农用地时选择(1)，当疑似污染场地为建设用地时选择(2)；
步骤4.2，对满足国家标准(2)的修复土样进行无侧限抗压强度和渗透系数的检测，若修复土样的无侧限抗压强度、渗透系数满足《JTG/T 3310-2019公路路基施工技术规范》，则修复土是良好的路基填料。
优选地，所述美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置的培养液的组成为：20g酵母提取物、10g(NH4)2SO4、0.13mol/L Tris Buffer，加去离子水至1L，用1mol/LHCl调节培养液pH＝9.0。
优选地，所述巴氏芽孢杆菌为美国菌种保藏中心编号ATCC 11859。
优选地，所述步骤4中检测修复土样的重金属污染物浓度的方法为：使用消解法提取重金属污染物，利用电感耦合等离子体质谱法测量重金属污染物的浓度。
与现有技术相比，本发明的有益的效果包括：
1、材料来源广，资源丰富，充分利用自然界微生物资源；
2、绿色无污染，环境友好，清洁、无毒，不造成二次污染；
3、适用性强，环境耐受性好，可用于许多极端环境条件，如盐湖、酸性矿山水土污染、沙漠、冰川等；
4、工艺简单，快速高效，微生物易培养、繁殖快，拌浆工艺简单，修复效率高，修复均匀性佳。
5、修复后的场地中的土可以作为路基填料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明方法做进一步详细的描述。
实施例1，本发明一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：
步骤1，菌液与胶结液的制作
步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置培养液，然后将培养液在121～123℃下灭菌20～30min，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌并通风，待培养液的温度降至室温时待用。在本实施例中，将培养液在121℃下灭菌30min。
在本实施例中，所述美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置的培养液的组成为：20g酵母提取物、10g(NH4)2SO4、0.13mol/L Tris Buffer，加去离子水至1L，用1mol/L HCl调节培养液pH＝9.0。
步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴氏芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴氏芽孢杆菌与培养液的容量比为1：100，将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28～32℃、振荡频率设定为180～220rpm，培养时间为48～72h。
在本实施例中，所述巴氏芽孢杆菌为美国菌种保藏中心编号ATCC 11859。在本实施例中，将培养箱温度设定为30℃、振荡频率设定为200rpm、培养时间为48小时。
步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD600值，在OD600＝0.8～1.2时取出待用。在本实施例中，在菌液的OD600＝1.0时取出使用。
步骤1.4，取摩尔比为50:50的氯化钙与尿素溶液置于烧杯中，加入去离子水进行搅拌，溶解后构成胶结液，胶结液中氯化钙与尿素的质量浓度分别为1％；
步骤2，检测疑似污染场地的重金属污染物浓度
在疑似污染场地中取疑似污染土样，密封保存至实验室，并检测疑似污染土样的重金属污染物浓度，当疑似污染土样的重金属污染物浓度超出国家标准时，认定疑似污染场地为重金属污染场地。
在本实施例中，所述国家标准为：
(1)《GB15618-2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
(2)《GB36600-2018土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
当疑似污染场地为农用地时选择(1)，当疑似污染场地为建设用地时选择(2)。
步骤3，重金属污染土的修复
步骤3.1，重金属污染土的实验室修复
在步骤2中的重金属污染场地中取重金属污染土土样，密封保存至实验室，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h，检测修复土样的重金属污染物浓度、无侧限抗压强度、渗透系数；
步骤3.2，重金属污染土的现场修复
在步骤3.1的实验结果基础上，翻开重金属污染物场地中的重金属污染土，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h；
步骤4，检测修复效果
步骤4.1，在步骤3.2修复后的场地中取适量修复土样，密封保存至实验室后，检测修复土样的重金属污染物浓度；
若修复土样的重金属污染物浓度满足步骤2所述国家标准，则修复完成；若修复土样的重金属污染物浓度不满足步骤2所述国家标准，则重复步骤3直至满足国家标准；
步骤4.2，对满足国家标准(2)的修复土样进行无侧限抗压强度和渗透系数的检测，若修复土样的无侧限抗压强度、渗透系数满足《JTG/T 3310-2019公路路基施工技术规范》，则修复土是良好的路基填料。
在本实施例中，步骤4中检测修复土样的重金属污染物浓度的方法为：使用消解法提取土样中的重金属污染物，利用电感耦合等离子体质谱法测量重金属污染物的浓度，其中电感耦合等离子体质谱法所使用的仪器为电感耦合等离子体质谱仪。
在本实施例中，消解法的步骤为：称取0.1g待检测修复土样，向其中加入容量比为4：1：1的浓硝酸、高氯酸与氢氟酸进行预消解，再对预消解后的待检测修复土样进行微波消解，再使用温度为120℃的电热板进行赶酸，待赶酸后的待检测修复土样冷却后，向待检测修复土样中加入1mL，40μg/mL硼酸，最后用质量分数为2％的硝酸定容至20mL，待用。
在本实施例中，待检测修复土样的制作过程为：在三片连接的瓣桶中加入根据步骤2确定的重金属污染场地中的重金属污染土的干密度与重金属污染土的含水率确定的待检测修复土样量，在瓣桶内壁涂抹适量凡士林，便于取下土样，瓣桶上下底放置透水石，利用千斤顶对待检测修复土样进行压实，从瓣桶中取出压实后的待检测修复土样，并用保鲜膜包裹置于养护箱中养护，试验时取出使用。
所述重金属污染场地中的重金属污染土的干密度为步骤2中所述的经检测认定为重金属污染场地中的重金属污染土的干密度，单位g/cm3。所述重金属污染场地中的重金属污染土的含水率为步骤2中所述的经检测认定为重金属污染场地中的重金属污染土的含水率，其为百分率。
实施例2：以修复Pb2+污染土为例
步骤1，菌液与胶结液的制作
步骤1.1，配置培养液：20g酵母提取物、10g(NH4)2SO4、0.13mol/L Tris Buffer，加去离子水至1L，用1mol/L HCl调节培养液pH＝9.0，在121℃下灭菌30min，放置在超净工作台上进行紫外灭菌并通风，待培养液的温度降至室温时待用。
步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴氏芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴氏芽孢杆菌与培养液的容量比为1：100，将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为30℃，振荡频率设定为200rpm，培养时间为48h。
步骤1.3，测量(2)中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD600值，在OD600＝1.0时取出待用。
步骤1.4，取摩尔比为50:50的氯化钙与尿素溶液置于烧杯中，加入去离子水进行搅拌，溶解后构成胶结液，胶结液中氯化钙与尿素的质量浓度分别为1％。
步骤2，检测疑似污染场地的重金属污染物浓度
检测在疑似污染场地中取出的疑似污染土样的重金属污染物浓度，Pb2+浓度为503mg/kg，认定为重金属污染场地。
步骤3，重金属污染土的修复
步骤3.1，在步骤2中的重金属污染场地中取重金属污染土土样，密封保存至实验室，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1：1：10进行混合，并进行充分搅拌，静置24h，检测修复土样的重金属污染物浓度、无侧限抗压强度、渗透系数，修复土样的Pb2浓度为63.96mg/L，无侧限抗压强度为182.3kPa，渗透系数为6.7×10-9m/s。
步骤3.2，翻开重金属污染物场地中的重金属污染土，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1：1：10进行混合，并进行充分搅拌，静置36h。
步骤4，检测修复效果
在步骤3.2修复后的场地中取适量修复土样，密封保存至实验室后，检测修复土样的重金属污染物浓度、无侧限抗压强度、渗透系数，修复土样的Pb2浓度为66.78mg/L，无侧限抗压强度为177kPa，渗透系数为7.2×10-9m/s。

Claims (1)

1.一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，菌液与胶结液的制作
步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置培养液，然后将培养液在121～123℃下灭菌20～30min，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌并通风，待培养液的温度降至室温时待用；
步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴氏芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴氏芽孢杆菌与培养液的容量比为1：100，将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28～32℃，振荡频率设定为180～220rpm，培养时间为48～72h；
步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD600值，在OD600＝0.8～1.2时取出待用；
步骤1.4，取摩尔比为50:50的氯化钙与尿素溶液置于烧杯中，加入去离子水进行搅拌，溶解后构成胶结液，胶结液中氯化钙与尿素的质量浓度分别为1％；
步骤2，检测疑似污染场地的重金属污染物浓度
在疑似污染场地中取疑似污染土样，密封保存至实验室，并检测疑似污染土样的重金属污染物浓度，当疑似污染土样的重金属污染物浓度超出国家标准时，认定疑似污染场地为重金属污染场地；
步骤3，重金属污染土的修复
步骤3.1，重金属污染土的实验室修复
在步骤2中的重金属污染场地中取重金属污染土土样，密封保存至实验室，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h，检测修复土样的重金属污染物浓度、无侧限抗压强度、渗透系数；
步骤3.2，重金属污染土的现场修复
在步骤3.1的实验结果基础上，翻开重金属污染物场地中的重金属污染土，将步骤1中得到的胶结液、菌液与重金属污染土按照胶结液、菌液与重金属污染土质量比1～1.2：1～1.2：9～11进行混合，并进行充分搅拌，静置24～48h；
步骤4，检测修复效果
步骤4.1，在步骤3.2修复后的场地中取适量修复土样，密封保存至实验室后，检测修复土样的重金属污染物浓度；
若修复土样的重金属污染物浓度满足步骤2所述国家标准，则修复完成；若修复土样的重金属污染物浓度不满足步骤2所述国家标准，则重复步骤3直至满足国家标准；
步骤2所述国家标准为：
(1)《GB15618-2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
(2)《GB36600-2018土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》；
当疑似污染场地为农用地时选择(1)，当疑似污染场地为建设用地时选择(2)；
步骤4.2，对满足国家标准(2)的修复土样进行无侧限抗压强度和渗透系数的检测，若修复土样的无侧限抗压强度、渗透系数满足《JTG/T 3310-2019公路路基施工技术规范》，则修复土是良好的路基填料；
所述美国菌种保藏中心推荐配方ATCC 1376NH4-YE配置的培养液的组成为：20g酵母提取物、10g(NH4)2SO4、0.13mol/L Tris Buffer，加去离子水至1L，用1mol/L HCl调节培养液pH＝9.0；
所述巴氏芽孢杆菌为美国菌种保藏中心编号ATCC 11859；
所述步骤4中检测修复土样的重金属污染物浓度的方法为：使用消解法提取重金属污染物，利用电感耦合等离子体质谱法测量重金属污染物的浓度。
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