CN113245358A

CN113245358A - 一种edta-微生物淋洗联合修复土壤的方法

Info

Publication number: CN113245358A
Application number: CN202110332156.XA
Authority: CN
Inventors: 朱志华; 赵泽佳
Original assignee: Guangzhou Zhuhe Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Zhuhe Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-08-13

Abstract

本发明属于与微生物相关的土壤修复领域，具体涉及一种EDTA‑微生物淋洗联合修复土壤的方法。化学淋洗剂EDTA能够与重金属结合成一种具有较强结合力的络合物，这种结合力大于土‑重金属间的结合力，进而通过土液分离的方法将其从土壤中分离出来达到去除重金属的目的。EDTA可先快速淋洗出土壤中大部分的重金属，后续将EDTA降解菌株加入到淋洗后的土壤中，降解土壤中残留的少量EDTA，同时存在生物淋洗过程，将剩余土壤中的微量重金属进一步淋洗出来，可以提高重金属的淋出效率，处理过程不易产生二次污染。将化学淋洗和微生物技术联合修复土壤，能减少修复的时间，同时降低成本。本发明的方法简单高效、操作可行、原料来源广、成本较低。

Description

一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法

技术领域

本发明属于与微生物相关的土壤修复领域，具体涉及一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法。

背景技术

随着全球工业化的快速发展，人们对各种金属的需求也越来越大，人类开始对重金属矿产资源进行了开发利用。重金属的过度开造成了环境污染，这其中由于重金属在土壤中滞留时间长、不易被发现、不能被降解，会对人体健康构成极大的威胁，因而重金属污染土壤的修复问题亟待解决。

近年来，电动修复技术、固化/稳定化修复技术、淋洗修复技术、生物修复技术等土壤修复技术得到了迅速发展，在众多土壤修复方法中，淋洗修复因其具有修复周期短、重金属去除率高、成本较低等特点而得到广泛关注，现已成为重金属污染土壤修复领域研究的热点发展方向之一。

土壤淋洗技术主要指的是将水或含有冲洗助剂的螯合剂(柠檬酸、EDTA、DTPA、EDDS)、酸/碱溶液、表面活性剂等淋洗剂注入到土壤或沉积物中，洗脱和清洗土壤中重金属污染物的过程。在众多淋洗剂当中，EDTA应用较广且效果较佳，其原理是EDTA能够与重金属结合成一种具有较强结合力的络合物，这种结合力大于土壤-重金属间的结合力，进而通过土液分离的方法将其从土壤中分离出来达到去除重金属的目的。然而，EDTA在环境中的积累将对生态环境造成潜在危害。尽管低浓度的EDTA本身不具有毒性，但由于其化学性质稳定且难生物降解，可长期存在于环境中。因此淋洗过后的土壤中残留的EDTA，需采取措施进行降解。目前，土壤中的EDTA多采用生物降解法，例如专利CN110172436A公开了筛选菌群降解EDTA的方法。然而，上述方法和土壤的EDTA淋洗过程脱节，并没有将两个过程联合起来进行综合利用，而部分专利(例如CN109513736A和CN108435772A)表明EDTA等化学淋洗与掺混微生物(微生物淋洗)如果可以联合使用，可以进一步稳定土壤，使土壤具有较高的重金属洗出效果。然而，上述技术仍存有缺陷，因为众所周知微生物环境耐受性差、修复时间长，洗出效率并不高，如何更加有效地结合化学淋洗(EDTA淋洗)和微生物淋洗过程，是本领域技术人员需要重点研究的内容。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种EDTA-微生物淋洗联合修复技术。EDTA可先快速淋洗出土壤中大部分的重金属，EDTA降解菌株可以降解淋洗后土壤中残留的少量EDTA，同时存在生物淋洗过程，将剩余土壤中的微量重金属进一步淋洗出来。该联合技术方法避免了单一淋洗方法的局限性，将化学淋洗和微生物淋洗两者的优点相结合，可在短时间内高效修复重金属污染土壤，并减少残余EDTA对土壤造成的污染，提高修复后土壤长期安全性。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，包括如下步骤：

(1)筛选与富集EDTA降解菌株；

(2)在酸性条件下对重金属污染土壤进行EDTA淋洗T1时长；

(3)将步骤(1)筛选的EDTA降解菌株加入到步骤(2)淋洗后重金属污染的土壤中，混合经T2时长后固液分离。

进一步地，步骤(2)中T1为3～5h，优选为4h。

进一步地，步骤(3)中T2为3-20h，优选为5-15h，更优选为10h内。

进一步地，所述EDTA淋洗剂的浓度为40～60mmol·L^-1，优选为50mmol·L^-1。

进一步地，步骤(2)淋洗过程中pH为3～5，优选为4。

进一步地，重金属污染土壤与所述EDTA淋洗剂的固液比为1：5～1：15，优选为1:15。

进一步地，步骤(3)中EDTA降解菌株以配置成孢子悬浮液的形式加入，重金属污染土壤与所述孢子悬浮液的固液比为1：5～1：15，优选为1:15。

进一步地，所述EDTA降解菌株为芽孢杆菌属、假单胞菌属、大肠杆菌属、螯栖寡核菌、农杆菌属、伯克氏菌属中的至少一种。

进一步地，所述的重金属为铜、铅、锌、镉、铬、镍、汞、砷中的至少一种。

进一步地，步骤(1)具体分为配置培养基、细菌筛选、细菌纯化、配置菌剂的步骤。

进一步地，配置培养基的步骤为：称取10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、5g氯化钠，浓度为10mg/L的重金属Cu、Pb、Zn混合溶液，溶于1L去离子水，搅拌均匀，形成稳定的澄清溶液。

细菌筛选的步骤为：取某重金属污染场地土样，加入EDTA，接种于新鲜配置的并且已经进行灭菌处理的液体培养基中，在35℃的温度转速下培养，一段时间后获得可培养的可降解EDTA细菌。

细菌纯化的步骤为：将已经得到的可降解EDTA细菌菌液充分稀释后，均匀涂抹在相同配方的固体培养基中，隔水恒温培养一段时间后，得到数个不同的菌落。将固体培养基中的菌落挑回液体培养基中进行培养，至此完成第一次细菌纯化的循环。将纯化后的细菌配制成微生物菌剂。

配置菌剂的步骤为：将可降解EDTA微生物菌剂在PDA斜面中培养5d活化后，用无菌水20mL及吐温20(0.05％)冲洗，收集新鲜孢子悬浮液，稀释成10⁷个/mL后待用。

本发明的原理为：EDTA能够与重金属结合成一种具有较强结合力的络合物，这种结合力大于土-重金属间的结合力，进而通过土液分离的方法将其从土壤中分离出来达到去除重金属的目的。EDTA可先快速淋洗出土壤中大部分的重金属，后续将EDTA降解菌株加入到淋洗后的土壤中，降解土壤中残留的少量EDTA，同时存在生物淋洗过程，将剩余土壤中的微量重金属进一步淋洗出来。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)淋洗修复后，重金属能从土壤固相转移都淋洗菌剂的液相中，同时EDTA降解菌株可以滞留在土壤中进一步与土壤中的重金属进行反应，可以提高重金属的淋出效率。

(2)微生物修复成本低，但效率慢，将化学淋洗和微生物淋洗技术联合起来修复土壤，能在兼顾重金属洗出率的情况下迅速降解EDTA，大幅减少修复的时间，降低设备的运行成本和占地成本。

(3)EDTA降解菌株能降解残留在土壤中的难降解的EDTA，减少其累积带给环境的危害。

附图说明

图1是实施例1中不同固液比EDTA对土壤中重金属去除效果图；

图2是实施例2中在经EDTA淋洗后的土壤添加微生物，不同微生物添加量下重金属Cu的去除效果图；

图3是实施例2中不同微生物添加量对土壤中残留的EDTA的去除效果图；

图4是实施例3中在经EDTA淋洗后的土壤添加微生物，重金属Cu随时间变化的淋洗效率效果图；

图5是实施例3中微生物对土壤中残留的EDTA随时间的降解效率图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

配置微生物菌剂：

(1)配置培养基：称取10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、5g氯化钠，浓度为10mg/L的重金属Cu、Pb、Zn混合溶液，溶于1L去离子水，搅拌均匀，形成稳定的澄清溶液。

(2)细菌筛选：取某重金属污染场地土样，加入EDTA，接种于新鲜配置的并且已经进行灭菌处理的液体培养基中，在35℃的温度转速下培养，一段时间后获得可培养的可降解EDTA细菌。

(3)细菌纯化：将已经得到的可降解EDTA细菌菌液充分稀释后，均匀涂抹在相同配方的固体培养基中，隔水恒温培养一段时间后，得到数个不同的菌落。将固体培养基中的菌落挑回液体培养基中进行培养，至此完成第一次细菌纯化的循环。将纯化后的细菌配制成微生物菌剂。

(4)配置菌剂：将可降解EDTA微生物菌剂在PDA斜面中培养5d活化后，用无菌水20mL及吐温20(0.05％)冲洗，收集新鲜孢子悬浮液，稀释成10⁷个/mL后待用。

实施例1

(1)取某重金属污染场地土样，自然风干后研磨过20目筛，分装在250mL的锥形瓶中。

(2)采用EDTA对该土样进行化学淋洗，淋洗剂的浓度为50mmol·L-1，按不同土壤/淋洗剂的固液比例(如m：V＝10.0g：50mL、10.0g：100mL、10.0g：150mL)分别加入多个250mL三角瓶中，在30℃下，180r·min-1(模拟淋洗环境)，pH为4下淋洗4h。检测淋洗后土壤重金属(Zn、Pb、Cu)浓度，计算重金属去除率。

实验表明，不同固液比EDTA对土壤中重金属去除效果图显示EDTA对Cu的淋洗效果最佳，Pb次之，Zn的较低；提高EDTA添加的固液比，三种重金属的淋洗效率也随之增加。因此下面的实施例2-3仅研究淋洗效果最好的Cu，并且仅在m：V＝10.0g：150mL的条件下加入EDTA。

实施例2

(2)采用EDTA对该土样进行化学淋洗，淋洗剂的浓度为50mmol·L-1，按相同的土壤/淋洗剂的固液比例(m：V＝10.0g：150mL)分别加入多个250mL三角瓶中，在30℃下，180r·min-1(模拟淋洗环境)，pH为4下淋洗4h。

(3)将上述稀释后的混合新鲜孢子悬浮液加入到经EDTA淋洗后的土壤中，按不同土壤/孢子悬浮液的固液比例(如m：V＝10.0g：50mL、10.0g：100mL、10.0g：150mL)分别加入多个250mL三角瓶中，在30℃下，180r·min-1环境下培养。

检测加入微生物淋洗后5h后土壤重金属Cu浓度，计算重金属Cu去除率，检测微生物淋洗前后土壤中EDTA浓度，计算微生物对土壤中残留的EDTA的去除率。

实验表明，(图2)经EDTA淋洗后的土壤中添加微生物，重金属Cu淋洗效果图显示微生物的添加，增强了重金属Cu的去除效率；(图3)微生物对土壤中残留的EDTA的去除效果图显示随着微生物添加量的增加，土壤中残留的EDTA去除率也随之增加。因此下面的实施例3仅在m：V＝10.0g：150mL的条件下加入混合新鲜孢子悬浮液。

实施例3

(2)采用EDTA对该土样进行化学淋洗，淋洗剂的浓度为50mmol·L-1，按相同的土壤/淋洗剂的固液比例(m：V＝10.0g：150mL)分别加入250mL三角瓶中，在30℃下，180r·min-1(模拟淋洗环境)，pH为4下淋洗4h。

(3)将上述稀释后的混合新鲜孢子悬浮液加入到经EDTA淋洗后的土壤中，按照相同土壤/孢子悬浮液的固液比例(m：V＝10.0g：150mL)分别加入多个250mL三角瓶中，在30℃下，180r·min-1环境下培养。添加微生物后1、2、3、4、5h，分别进行固液分离，检测不同淋洗时间段土壤中重金属Cu的含量，计算土壤重金属Cu的去除率。同时在添加微生物后0、1、3、5、10、15、20、30、40h时分别进行固液分离，检测土壤残留中EDTA的浓度，计算添加微生物后EDTA的降解效率，实验设置不添加微生物淋洗为对照试验。

实验表明，(图5)培养的微生物会迅速分解EDTA，为了避免对EDTA淋洗造成不必要的影响，造成EDTA淋洗剂的浪费，一开始仅使用EDTA进行淋洗，2h内Cu的去除率就可以达到75％；(图4)在不添加微生物的情况下，单独使用EDTA淋洗土壤，重金属Cu的去除率在4h后几乎不再提升，因此本发明的实施例1-3都将EDTA的淋洗时间定为4h。

经EDTA淋洗后的土壤中添加微生物，重金属Cu的去除率在三小时内(也就是总淋洗时长7h)快速增加，后续延长反应时间也不能有效提升Cu的去除率，如果追求快速淋洗，可以将加入微生物后的淋洗时间定为3h左右；然而，图5的微生物对土壤中残留的EDTA的去除效果与时间变化图显示，EDTA自身降解是几乎不能实现的，而加入微生物5h内，可以大幅增加40％的EDTA降解率(从约10％提升到约50％)，反应10h时EDTA的降解率超过65％，直至20h时EDTA的降解率趋于稳定(约80％)。因此，微生物的淋洗时间不应当超过20h；而综合考虑污染物的去除效果以及淋洗设备运行成本(淋洗时间越长，设备运行成本越高)、占地成本(淋洗时间越长，占地成本越高)，可以将加入微生物后的淋洗时间定为5-15h，最好控制在10h内；经过12h左右的总淋洗时间(EDTA+微生物)，可以获得较为满意的土壤处理结果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，包括如下步骤：

(1)筛选与富集EDTA降解菌株；

(2)在酸性条件下对重金属污染土壤进行EDTA淋洗T1时长；

2.根据权利要求1所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：步骤(2)中T1为3～5h，优选为4h。

3.根据权利要求1或2所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：步骤(3)中T2为3-20h，优选为5-15h，更优选为10h内。

4.根据权利要求1或2所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：所述EDTA淋洗剂的浓度为40～60mmol·L^-1，优选为50mmol·L^-1。

5.根据权利要求1所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：重金属污染土壤与所述EDTA淋洗剂的固液比(g/ml)为1：5～1：15，优选为1:15。

6.根据权利要求1或5所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：步骤(3)中EDTA降解菌株以配置成孢子悬浮液的形式加入，重金属污染土壤与所述孢子悬浮液的固液比(g/ml)为1：5～1：15，优选为1:15。

7.根据权利要求1或2所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：步骤(2)淋洗过程中pH为3～5，优选为4。

8.根据权利要求1所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：所述EDTA降解菌株为芽孢杆菌属、假单胞菌属、大肠杆菌属、螯栖寡核菌、农杆菌属、伯克氏菌属中的至少一种。

9.根据权利要求1或8所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：所述的重金属为铜、铅、锌、镉、铬、镍、汞、砷中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种EDTA-微生物淋洗联合修复土壤的方法，其特征在于：步骤(1)具体分为配置培养基、细菌筛选、细菌纯化、配置菌剂的步骤。