CN113976614A - 一种化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，通过化学修复、植物修复与微生物氧化、还原、催化协同作用，来除去污染土壤中含量超标的重金属，解决土壤重金属污染的问题。该策略通过丙烯酰基甘氨酰胺中的多重氢键来增强材料的机械性能，聚丙烯酸钠凝胶粒子的超溶胀作用搭载各种菌落，主要采用小叶女贞，玉米，小麦等为修复植物，以巨大芽孢杆菌，紫色硫杆菌、脱硫叶菌来制备复合菌粉。本发明工艺简单、无污染、容易实施，各组分通过协同作用能高效降低土壤中重金属含量。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法。
背景技术
随着经济的发展，重金属对科技进步、时代发展越来越必不可少。重金属的污染问题已经成为发达国家极为重视的环境污染问题，而我国重金属污染问题亦进入了国家不得不大力关注的方面。目前我国的农业用地土壤重金属超标问题已逐渐成为威胁中国农产品发展且急需解决的环境问题。
重金属污染指由重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。造成农田土壤重金属超标的原因主要是工业区排放重金属废液沉降造成的污染、化肥农药、塑料薄膜的过度使用造成的污染、城市污水进行农田灌溉造成的污染。土壤的污染是极难恢复的，重金属的污染通常是一个不可逆的过程，许多有机化学物质的污染也需要很长时间才能降解。随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何高效阻止、治理土壤重金属的污染，改善土壤质量，将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。
重金属污染土壤的治理是一个长期持续发展进步的过程，对重金属土壤污染治理目前有化学、生物等方法。但是各种措施均有一定的优缺点。而生物原位修复的方法和植物修复是目前最环保的方法。本专利提出化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，用于土壤重金属污染的治理，其成本低、治理效果好、处理中极少引入二次污染物、且易于大规模的土壤治理。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种原位生物与植物联合修复土壤重金属污染的方法，用于重金属含量超标的污染土壤，解决土壤重金属污染的问题，达到土壤的可持续利用，其成本低、治理效果好、处理中极少引入二次污染物、且易于大规模的土壤治理。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，该方法使用的化学修复剂为甲基丙烯酸钠凝胶粒子、使用的菌粉为紫色硫杆菌、脱硫叶菌、巨大芽孢杆菌中的至少一种，使用的植物为小叶女贞、玉米、小麦中的至少一种。
作为本发明的一种优选技术方案，使用甲基丙烯酸钠和丙烯酰基甘氨酰胺，在KPS引发剂下进行热聚合得到PMMA凝胶粒子。
作为本发明的一种优选技术方案，烘干聚丙烯酸钠凝胶粒子，然后在杆菌溶液中，通过超溶胀效果搭载大量的杆菌，从而实现化学修复剂和微生物的复合。
作为本发明的一种优选技术方案，紫色硫杆菌剂量为107个/ml，脱硫叶菌剂量为107个/ml，巨大芽孢杆菌剂量为107个/ml。
作为本发明的一种优选技术方案，所述菌粉作用的最佳温度为20-25℃，所述菌粉作用最佳湿度为20-30％。
作为本发明的一种优选技术方案，按百分重量比计，该复合菌群用量为巨大芽孢杆菌∶紫色硫杆菌∶脱硫叶菌∶污染土壤＝1∶1∶1∶250。
作为本发明的一种优选技术方案，所述菌粉在化工厂、污水沉淀底泥、城市污泥、电镀电解厂污泥、农田土壤等重金属污染修复上均其作用，且对金属铬、铜、铅的去除效率较高。
本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：
1.本发明工艺简单、容易实施、成本低廉，降低土壤中重金属含量效果明显。
2.本发明以绿色植物和微生物联合技术修复突然，具有无毒无污染等优点。
3.本发明中不同菌群通过不同降低重金属含量的原理协同，能够大大降低土壤中的重金属含量。
4.本发明中制备的凝胶粒子通过羧酸根离子和金属离子的螯合作用来钝化金属离子。
5.本发明中制备的凝胶粒子通过丙烯酰基甘氨酰胺中的多重氢键来增强凝胶的机械性能。
6.本发明中绿色植物直接转化土壤中的重金属，极大地改善了土壤环境。
附图说明
图1为化学修复、原位生物与植物三位一体联合修复土壤重金属污染的示意图；
图2为实施例1化学修复、原位生物与植物三位一体联合修复土壤重金属污染策略中各组分铬和铅的除去率的示意图；
图3为实施例2化学修复、原位生物与植物三位一体联合修复土壤重金属污染策略中各组分铬和铅的除去率的示意图；
图4为实施例3化学修复、原位生物与植物三位一体联合修复土壤重金属污染策略中各组分铬和铅的除去率的示意图；
图5为实施例4化学修复、原位生物与植物三位一体联合修复土壤重金属污染策略中各组分铬和铅的除去率的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明公开了化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，用于重金属含量超标的污染土壤，解决土壤重金属污染的问题，具体技术方案如下：
分别制备浓度为4g/kg的金属铬、铅的污染土壤，均以硝酸盐的形式加入土壤，然后混合均匀，自然放置一个月后过5mm孔径筛得到老化后重金属污染土壤。此时污染土壤重金属浓度均为4g/kg。将小叶女贞种植在污染土壤上，每组种植3棵，室温培育两周后，第一组浇灌100ml巨大芽孢杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第二组浇灌100ml紫色硫杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第三组浇灌100ml脱硫叶菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第四组浇灌100ml混合菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(巨大芽孢杆菌菌粉0.01g/ml、紫色硫杆菌菌粉0.01g/ml、脱硫叶菌菌粉0.01g/ml)，将四组十二棵树继续在室温25℃下培养4周，期间保持土壤水含量为20-30％。培养后分别烘干测定游离重金属含量并计算其去除率。
表1单一或多组分菌粉的原位生物与植物联合修复对金属铬的去除效果
表2单一或多组分菌粉的聚丙烯酸钠凝胶粒子化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铅的去除效果
实施例2
分别制备浓度为4g/kg的金属铬、铜、铅的污染土壤，均以硝酸盐的形式加入土壤，然后混合均匀，自然放置一个月后过5mm孔径筛得到老化后重金属污染土壤。此时污染土壤重金属浓度均为4g/kg。将小叶女贞种植在污染土壤上，每组种植3棵，室温培育两周后，第一组浇灌100ml巨大芽孢杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.02g/ml)，第二组浇灌100ml紫色硫杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第三组浇灌100ml脱硫叶菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第四组浇灌100ml混合菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(巨大芽孢杆菌菌粉0.02g/ml、紫色硫杆菌菌粉0.01g/ml、脱硫叶菌菌粉0.01g/ml)，将四组十二棵树继续在室温25℃下培养4周，期间保持土壤水含量为20-30％。培养后分别烘干测定游离重金属含量并计算其去除率。
表3单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铬的去除效果
表4单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铅的去除效果
实施例3
分别制备浓度为4g/kg的金属铬、铜、铅的污染土壤，均以硝酸盐的形式加入土壤，然后混合均匀，自然放置一个月后过5mm孔径筛得到老化后重金属污染土壤。此时污染土壤重金属浓度均为4g/kg。将小叶女贞种植在污染土壤上，每组种植3棵，室温培育两周后，第一组浇灌100ml巨大芽孢杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第二组浇灌100ml紫色硫杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.02g/ml)，第三组浇灌100ml脱硫叶菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第四组浇灌100ml混合菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(巨大芽孢杆菌菌粉0.01g/ml、紫色硫杆菌菌粉0.02g/ml、脱硫叶菌菌粉0.01g/ml)，将四组十二棵树继续在室温25℃下培养4周，期间保持土壤水含量为20-30％。培养后分别烘干测定游离重金属含量并计算其去除率。
表5单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铬的去除效果
表6单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铅的去除效果
实施例4
分别制备浓度为4g/kg的金属铬、铜、铅的污染土壤，均以硝酸盐的形式加入土壤，然后混合均匀，自然放置一个月后过5mm孔径筛得到老化后重金属污染土壤。此时污染土壤重金属浓度均为4g/kg。将小叶女贞种植在污染土壤上，每组种植3棵，室温培育两周后，第一组浇灌100ml巨大芽孢杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第二组浇灌100ml紫色硫杆菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.01g/ml)，第三组浇灌100ml脱硫叶菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(0.02g/ml)，第四组浇灌100ml混合菌聚丙烯酸钠凝胶粒子溶液(巨大芽孢杆菌菌粉0.01g/ml、紫色硫杆菌菌粉0.01g/ml、脱硫叶菌菌粉0.02g/ml)，将四组十二棵树继续在室温25℃下培养4周，期间保持土壤水含量为20-30％。培养后分别烘干测定游离重金属含量并计算其去除率。
表7单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复原位生物与植物联合修复对金属铬的去除效果
表8单一或多组分菌聚丙烯酸钠凝胶粒子的化学修复、原位生物与植物联合修复对金属铅的去除效果
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在，该方法使用的化学修复剂为甲基丙烯酸钠凝胶粒子、使用的菌粉为紫色硫杆菌、脱硫叶菌、巨大芽孢杆菌中的至少一种，使用的植物为小叶女贞、玉米、小麦中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在于，使用甲基丙烯酸钠和丙烯酰基甘氨酰胺，在KPS引发剂下进行热聚合得到甲基丙烯酸钠凝胶粒子。
3.根据权利要求2所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在于，烘干聚丙烯酸钠凝胶粒子，然后在杆菌溶液中，通过超溶胀效果搭载大量的杆菌，从而实现化学修复剂和微生物的复合。
4.根据权利要求3所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在于，紫色硫杆菌剂量为107个/ml，脱硫叶菌剂量为107个/ml，巨大芽孢杆菌剂量为107个/ml。
5.根据权利要求3所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在于，所述菌粉作用的最佳温度为20-25℃，所述菌粉作用最佳湿度为20-30％。
6.根据权利要求3所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法，其特征在于，按百分重量比计，巨大芽孢杆菌∶紫色硫杆菌∶脱硫叶菌∶污染土壤＝1∶1∶1∶250。
7.一种如权利要求1-6任一所述的化学修复、原位生物与植物联合三位一体修复土壤的方法的应用，其特征在于，所述菌粉在化工厂、污水沉淀底泥、城市污泥、电镀电解厂污泥、农田土壤等重金属污染修复上均其作用，且对金属铬、铜、铅的去除效率较高。
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