CN112742861B - 一种重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤修复方法领域，具体公开了一种重金属污染土壤的修复方法，本发明通过生物修复剂对土壤中的高重金属进行富集转化，降低土壤中重金属毒性，然后通过钝化剂，对土壤中各重金属进行钝化，普遍降低重金属毒性，最后利用有机肥恢复土壤肥力，同时利用有机肥对残留土壤的重金属进行进一步处理。本发明通过递进式分步处理对重金属污染的土壤进行修复，有效地降低了土壤中的毒性重金属的含量，尤其是对土壤中的汞具有高效的转化效果，最终实现土壤的修复。

Description

一种重金属污染土壤的修复方法

技术领域

本发明涉及土壤修复方法领域，具体涉及一种重金属污染土壤的修复方法。

背景技术

重金属污染是指由密度在5以上的金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。由于工业“三废”机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。近年来，土壤重金属污染引起人们的极大关注，发展优质农业的基础就是优质的土壤，而随着科技发展，土壤重金属污染也越发严重，重金属通过食物链更加容易危害人们的健康。

重金属中最主要和危害较高的有铅污染，镉污染，汞污染，如日本的水俣病是由汞污染所引起。

汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等，血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏，进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；正常人血液中的汞小于5-10微克/升，尿液中的汞浓度小于20微克/升。如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。正常情况下，地壳中汞的平均丰度为0.08ppm，土壤中为0.03-0.3ppm。

镉能够导致高血压，引起心脑血管疾病，破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭；铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体很难排除，能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；钴能对皮肤有放射性损伤，锰超量时会使人甲状腺机能亢进，也能伤害重要器官；砷是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡，长期接触少量，会导致慢性中毒，另外还有致癌性。这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神精错乱、关节疼痛、结石、癌症。

目前对于土壤重金属污染的治理包括换土法，虽然能够立刻见效，但是无法从根本上解决问题，且工程浩大；热修复法，能耗高、成本高，且容易破坏土壤的微生物结构；目前的生物修复法是一种被大众认可的方式，但是其对土壤中的重金属修复较为单一，往往仅能对某种重金属具有作用，且绝大多数的修复效果往往低于50％，尤其是对于汞和铅等高毒性的重金属难以处理。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种重金属污染土壤的修复方法，通过递进式分步处理对重金属污染的土壤进行修复，有效的降低土壤中的有害重金属的含量，实现土壤的修复。

本发明提供了一种重金属污染土壤的修复方法，将恶臭假单胞菌与坡缕石混合进行固定化培养获得固定化微生物，然后与乳酸菌粉剂混合作为生物修复剂，投入重金属污染土壤中翻耕土壤，10-30d后，在土壤中加入钝化剂后再次翻耕土壤，20-30d后，在土壤中加入有机肥，继续翻耕土壤，20-30d 后完成土壤修复；

所述钝化剂由粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物按照质量比1-2:1:1组成；

所述有机肥由生物炭和腐熟粪便按照质量比1-2:1-2组成。

进一步地，所述固定化微生物中每克坡缕石固定的恶臭假单胞菌活菌数为3×10¹⁰-5×10¹⁰cfu。

进一步地，所述金属氧化物由碱性氧化物、酸性氧化物和过氧化物等质量混合而成。

进一步地，所述碱性氧化物为氧化钠或者氧化钙。

进一步地，所述酸性氧化物为五氧化二磷或者氢氧化钙。

进一步地，所述过氧化物为过氧化钠。

进一步地，生物修复剂制备方法如下：首先培养恶臭假单胞菌，待菌液 OD600等于0.7时，加入坡缕石，于37℃、100rpm下摇培固定化12h，过滤、干燥后获得固定化微生物，然后与乳酸菌粉剂按照质量比10-20:5混合均匀获得生物修复剂。

进一步地，每平方米重金属污染后的土壤中加入80-100g所述生物修复剂；

进一步地，钝化剂加入量为30-40g/m³，有机肥加入量为40-50g/m³。

进一步地，S1中，所述OD₆₀₀等于0.7时的菌液与坡缕石用量比为1L:20- 30g。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过生物修复剂对土壤中的高毒性的重金属汞进行转化，其中恶臭假单胞菌能够直接转化Hg²⁺，降低土壤中的汞毒性，本发明中的乳酸菌表面的乳酸菌通过细胞表面的含有-COOH、-NH、-SH和-OH等官能团，与重金属离子发生络合反应，从而吸附重金属离子，同时乳酸菌能够大量产生乳酸，乳酸通过其官能团也能与重金属离子络合，还能够有效的防止土壤中的重金属被植株富集吸收，从而降低了重金属通过食物链对人产生危害的概率，从而达到处理重金属的作用；

2、本发明通过钝化剂(粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物)与重金属发生表面吸附和沉淀，降低土壤中毒性重金属的含量；

3、本发明通过最后的有机肥恢复土壤肥力，同时吸附土壤中的重金属，达到土壤修复的效果；

4、本发明通过递进式分步处理对重金属污染的土壤进行修复，有效地降低了土壤中的毒性重金属的含量，尤其是对土壤中的汞具有高效的转化效果，最终实现土壤的修复。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

固定化微生物的制备：

(1)将坡缕石粉碎至90目后，备用；

(2)将恶臭假单胞菌(Pseudomonas)在溶菌肉汤(Luria-Bertani，LB) 固体培养基上活化、纯化后后接种于LB液体培养基中于37℃、150rpm摇培至 OD₆₀₀为0.7，然后按照用量比1L:25g加入90目的坡缕石，于温度37℃，转速为100rpm摇培固定化12h，然后过滤，于-20℃下冷冻干燥5h，获得固定化微生物；

所述LB液体培养基配方为：

胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，NaCl 10g，去离子水1000mL；

所述LB固体培养基配方为：

胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，NaCl 10g，琼脂17g，去离子水1000 mL。

实施例2

本实施例提供一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：

S1，生物修复剂制备：将实施例1中制备的固定化微生物与乳酸菌粉剂按照质量比15:5混合均匀获得生物修复剂；

所述乳酸菌粉剂的品牌名称为芯来旺III-5000，包括嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和屎肠球菌，乳酸菌总数≥5×10¹¹cfu/g，购买自芯来旺生物科技有限公司；

S2，在每1平米重金属污染的土壤中加入90g S1中制备得到的生物修复剂，并进行土壤翻耕，静置处理20d；

S3，然后在S2修复后的土壤中加入钝化剂，加入量为35g/m³，然后再次进行土壤翻耕，静置处理25d；

所述钝化剂由粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物按照质量比1:1:1组成；

所述金属氧化物由氧化钠、五氧化二磷和过氧化钠按照质量比1:1:1混合而成；

S4，然后在S3修复后的土壤中加入有机肥，加入量为45g/m³，然后再次进行土壤翻耕，并处理25d；

所述有机肥由生物炭和腐熟粪便按照质量比1:1组成。

实施例3

本实施例提供一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：

S1，生物修复剂制备：将实施例1中制备的固定化微生物与乳酸菌粉剂按照质量比10:5混合均匀获得生物修复剂；

所述乳酸菌粉剂的品牌名称为芯来旺III-5000，包括嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和屎肠球菌，乳酸菌总数≥5×10¹¹cfu/g，购买自芯来旺生物科技有限公司；

S2，在每1平米重金属污染的土壤中加入80g S1中制备得到的生物修复剂，并进行土壤翻耕，静置处理10d；

S3，然后在S2修复后的土壤中加入钝化剂，加入量为30g/m³，然后再次进行土壤翻耕，静置处理20d；

所述钝化剂由粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物按照质量比1:1:1组成；

所述金属氧化物由氧化钠、五氧化二磷和过氧化钠按照质量比1:1:1混合而成；

S4，然后在S3修复后的土壤中加入有机肥，加入量为40g/m³，然后再次进行土壤翻耕，并处理20d；

所述有机肥由生物炭和腐熟粪便按照质量比1:2组成。

实施例4

本实施例提供一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：

S1，生物修复剂制备：将实施例1中制备的固定化微生物与乳酸菌粉剂按照质量比20:5混合均匀获得生物修复剂；

所述乳酸菌粉剂的品牌名称为芯来旺III-5000，包括嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和屎肠球菌，乳酸菌总数≥5×10¹¹cfu/g，购买自芯来旺生物科技有限公司；

S2，在每1平米重金属污染的土壤中加入100g S1中制备得到的生物修复剂，并进行土壤翻耕，静置处理30d；

S3，然后在S2修复后的土壤中加入钝化剂，加入量为40g/m³，然后再次进行土壤翻耕，静置处理30d；

所述钝化剂由粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物按照质量比2:1:1组成；

所述金属氧化物由氧化钠、五氧化二磷和过氧化钠按照质量比1:1:1混合而成；

S4，然后在S3修复后的土壤中加入有机肥，加入量为50g/m³，然后再次进行土壤翻耕，并处理30d；

所述有机肥由生物炭和腐熟粪便按照质量比2:1组成。

对比例1

对比例1提供了一种重金属污染土壤的修复方法，与实施例2基本相同，区别在于，不使用生物修复剂进行处理。

实施例2-4和对比例1中所处理的重金属污染土壤为同一地区的重金属污染土壤，距离相近不相邻，以实施例2和对比例1为例，按照常规方法检测重金属污染的土壤在通过本发明的方法修复前后，土壤中的重金属含量，计算去除率，结果如下：

表1实施例2对土壤中重金属的修复

由表1可以看到，本发明的修复方法对汞的钝化效率高，使得有害汞含量降低了86.8％，对铬的钝化效率达到42.5％，对镉的钝化效率达到73％，对砷的钝化效率达到66.6％，对铅的钝化效率达76.6％；本发明的修复方法对土壤中的重金属均有钝化作用，尤其对于土壤中汞、镉和铅的修复效率高，大大降低了重金属对于土壤的污染，对于土壤重金属污染的修复奠定了基础；

表2对比例2对土壤中重金属的修复

由表2可以看出，生物修复剂在本发明的方法中起到至关重要的作用，去掉生物修复剂后，对于各重金属污染物的修复效果降低，尤其是对于有害汞、镉和铅的去除率大大减少，对于砷的去除率影响较低，说明本发明中的生物修复主要针对于汞污染、镉污染和铅污染的治理；

综上所述，本发明的修复方法能够对多种土壤重金属达到综合修复作用，降低土壤的有害性。

需要说明的是，本发明所用的恶臭假单胞菌购买自中国典型培养物保藏中心，菌种保藏编号为CCTCC AB 2013324；

还需要说明的是，本发明未进行特别说明的原料均能够通过市场购买所得。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，将恶臭假单胞菌与坡缕石混合进行固定化培养获得固定化微生物，然后与乳酸菌粉剂混合作为生物修复剂，投入重金属污染土壤中翻耕土壤，10-30d后，在土壤中加入钝化剂后再次翻耕土壤，20-30d后在土壤中加入有机肥，继续翻耕土壤，20-30d后完成土壤修复；

所述固定化微生物中每克坡缕石固定的恶臭假单胞菌活菌数为3×10¹⁰-5×10¹⁰cfu；

所述生物修复剂制备方法如下：首先培养恶臭假单胞菌，待菌液OD600等于0.7时，加入坡缕石，于37℃、100rpm下摇培固定化12h，过滤、干燥后获得固定化微生物，然后与乳酸菌粉剂按照质量比10-20:5混合均匀获得生物修复剂；

所述OD₆₀₀等于0.7时的菌液与坡缕石用量比为1L:20-30g；

所述钝化剂由粉煤灰、过磷酸钙和金属氧化物按照质量比1-2:1:1组成；

所述有机肥由生物炭和腐熟粪便按照质量比1-2:1-2组成。

2.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述金属氧化物由碱性氧化物、酸性氧化物和过氧化物等质量混合而成。

3.如权利要求2所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述碱性氧化物为氧化钠或者氧化钙。

4.如权利要求2所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述酸性氧化物为五氧化二磷或者氢氧化钙。

5.如权利要求2所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述过氧化物为过氧化钠。

6.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，每平方米重金属污染后的土壤中加入80-100g所述生物修复剂。

7.如权利要求6所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，钝化剂加入量为30-40g/m³，有机肥加入量为40-50g/m³。