CN114105714A - 土壤修复剂及其制备方法和应用、修复土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤修复技术领域,具体涉及土壤修复剂及其制备方法和应用、修复土壤的方法,本发明将含有白腐真菌的培养液、含有平菇菌的栽培料和固定化基质组合使用,固定化基质被平菇菌和白腐真菌分解后的纤维素,木质素和腐殖酸等残余物成为土壤的有机组分,能够改善土壤的营养组分,提高土壤有机质含量和土壤疏松度,提高土壤肥力,将固定化基质与含有白腐真菌的培养液和含有平菇菌的栽培料组合,无需额外加入营养成分即可有效降解土壤中有机污染物,固定重金属污染物。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域,具体涉及土壤修复剂及其制备方法和应用、修复土壤的方法。
背景技术
土壤污染是指土壤环境中有毒有害物质(包括无机物及有机物,一般是由人类活动产生)浓度超过土壤环境自身的承载力,致使土壤环境生态及功能发生变化,达到能够直接或间接危害人类健康及福利的程度。在中国,全国土壤污染的超标率超过16.1%,其中,矿产开采行业以及农田耕地污染尤为问题突出。
目前,土壤修复的方法包括物理法如电解法、热解法、客土法、土壤气提等;化学法包括化学淋洗、固化稳定化、化学还原;以及生物法如植物修复、微生物修复等技术。在上述修复技术当中,生物法以其高效低费用的优点成为当前关注重点。在当前诸多微生物修复技术当中,在土壤肥力贫瘠或营养比例失衡的土壤修复场地,植物修复或微生物修复一般均需要投加一定量的营养,以维持植物或微生物的生长需求。但是需要根据植物或微生物的生理需求规律、土壤营养水平,合理添加营养的种类及数量,才能达到修复土壤的目的。因此,对土壤进行修复时,需要开发一种无需额外投加营养成分的土壤修复剂,有效降解土壤中污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤修复剂,无需额外投加营养成分,有效降解土壤中有机污染物,固定化重金属污染物,改善土壤肥力,减少修复时间。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供了一种土壤修复剂,按质量份计,包括如下组分的原料:0.5~1份含有白腐真菌的培养液、1~15份含有平菇菌的栽培料和50~100份固定化基质。
优选的,所述含有白腐真菌的培养液的制备方法,包括将所述白腐真菌接种到白腐真菌培养基中,20~25℃培养10~20d;
所述白腐真菌培养基包括以下浓度的组分:100~200g/L马铃薯研磨浆液,5~10g/L葡萄糖、0.5~1.0g/L磷酸二氢钾、0.5~1.0g/L硫酸镁、0.5~1.0g/L氯化钙、0.5~1.0g/L硫酸锰、0.5~1.0g/L酒石酸氨和0.5~1.0g/L维生素。
优选的,所述白腐真菌包括黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporiumBurdsall)。
优选的,所述固定化基质包括木屑、壳屑和秸秆中的一种或多种。
优选的,所述木屑包括阔叶木碎屑,所述秸秆包括玉米秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种,所述壳屑包括玉米芯和/或花生壳屑。
本发明还提供了上述土壤修复剂的制备方法,包括如下步骤:
将含有平菇菌的栽培料和固定化基质混合,得到基体培养基;
将含有白腐真菌的培养液与基体培养基混合,得到修复剂前体物,20~30℃发酵10~20d,得土壤修复剂。
优选的,所述基体培养基的含水率为40~50%。
优选的,所述修复剂前体物的含水率为40~50%。
本发明还提供了上述土壤修复剂在土壤修复中的应用。
本发明还提供了一种土壤修复的方法,包括如下步骤:
将上述土壤修复剂与待修复的土壤混合,每10~15d翻一次土,每20~30d补充1次固定化基质;
所述固定化基质的每次补充量与待修复的土壤的体积比为1~5kg:1m3。
本发明提供了一种土壤修复剂,按质量份计,包括如下组分的原料:0.5~1份含有白腐真菌的培养液、1~15份含有平菇菌的栽培料和50~100份固定化基质。本发明平菇菌以及白腐真菌生长的大量胞外菌丝可螯合以及固定土壤中的重金属元素;平菇菌以及白腐真菌可分泌漆酶,对催化降解土壤中难降解有机物具有高效作用;土壤修复剂含有固定化基质,能够被平菇菌和白腐真菌分解,固定化基质分解后产生的纤维素,木质素和腐殖酸等残余物成为土壤的有机组分,能够改善土壤的营养组分,提高土壤有机质含量和土壤疏松度,提高土壤肥力,将固定化基质与含有白腐真菌的培养液和含有平菇菌的栽培料组合,无需额外加入营养成分即可有效降解土壤中有机污染物,固定重金属污染物。
进一步的,以固定化基质培养平菇菌、白腐真菌后与待修复土壤混合,可先大量扩繁平菇菌和白腐真菌,使平菇菌、白腐真菌在施加进入土壤后可更快的繁殖,减少修复时间。
具体实施方式
本发明提供了一种土壤修复剂,按质量份计,包括如下组分的原料:0.5~1份含有白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)的培养液、1份含有平菇菌(Pleurotuspulmonarius)的栽培料和100份固定化基质。
以质量份计,本发明所述土壤修复剂包括0.5~1份含有白腐真菌的培养液,优选为0.6~0.8份。
在本发明中,所述含有白腐真菌的培养液的制备方法优选包括将所述白腐真菌接种到白腐真菌培养基中,20~25℃培养10~20d。本发明所述白腐真菌的接种量优选为0.5~1份。所述培养的温度优选为22~23℃,所述培养的时间优选为10~20d。本发明所述培养的方式优选在有氧的条件下进行。本发明优选在培养的同时搅拌所述培养基,实现白腐真菌的大量繁殖。本发明对搅拌的方式没有严格要求,常规进行即可,例如可以通过摇床培养,达到搅拌的目的。
在本发明中,所述白腐真菌培养基优选包括以下浓度的组分:100~200g/L马铃薯研磨浆液,5~10g/L葡萄糖、0.5~1.0g/L磷酸二氢钾、0.5~1.0g/L硫酸镁、0.5~1.0g/L氯化钙、0.5~1.0g/L硫酸锰、0.5~1.0g/L酒石酸氨和0.5~1.0g/L维生素。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括100~200g马铃薯研磨浆液,优选120~180g,进一步优选为150~160g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括,5~10g葡萄糖,优选6~8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g磷酸二氢钾,优选0.6~0.8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g硫酸镁,优选0.6~0.8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g氯化钙,优选0.6~0.8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g硫酸锰,优选0.6~0.8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g酒石酸氨,优选0.6~0.8g。
以1L白腐真菌培养基为基准,本发明所述白腐真菌培养基包括0.5~1.0g维生素,优选0.6~0.8g。
本发明所述培养基以马铃薯研磨浆液、葡萄糖、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙、硫酸锰、酒石酸氨和维生素为原料,能够为微生物提供碳源和微量元素,保证微生物的正常生长与繁殖。
本发明所述白腐真菌能够降解木质素,将白腐真菌接种到上述培养基中,得到含有白腐真菌的培养液。本发明所述含有白腐真菌的培养液含有大量白腐真菌生长产生的丝状结构,能够固定污染物;并且白腐真菌能够分泌漆酶,降解有机污染物。并且培养液中的其他组分可以增加土壤中有机质含量,增强土壤肥力。
本发明所述白腐真菌优选包括黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporiumBurdsall)。本发明所述土壤修复剂中含有平菇菌的栽培料的质量份以以含有白腐真菌的培养液的质量份计算。在本发明的具体实施里中,当所述含有白腐真菌的培养液的质量份数为0.5~1份时,所述含有平菇菌的栽培料的质量份数为1份。
在本发明中,所述含有平菇菌的栽培料优选为平菇种植废弃的木质栽培料,含有未失活的平菇菌菌丝或孢子。本发明对所述木质栽培料的组成和来源没有严格有求,可自行收集或者购买获得。
本发明所述含有平菇菌的栽培料,含有未失活的平菇菌菌丝或孢子,能够生长产生丝状结构,固定污染物,并且还能分泌漆酶,降解有机污染物。
在本发明中,所述含有白腐真菌的培养液和含有平菇菌的栽培料组合使用,能够协同增效。平菇菌以及白腐真菌生长的大量胞外菌丝可富集以及固定土壤中的重金属元素;同时,平菇菌以及黄孢原毛平革菌可分泌漆酶,对催化降解土壤中难降解有机物具有高效作用。并且废弃的木质栽培料可以作为固定化基质使用,成为土壤的有机质组分,改善土壤的营养组分,提高土壤肥力。
以含有白腐真菌的培养液的质量份为基准,本发明所述土壤修复剂包括50~100份固定化基质,优选为70~90份,进一步优选为70~80份。在本发明的具体实施里中,当所述含有白腐真菌的培养液的质量份数为0.5~10份时,所述固定化基质的质量份数为100份。
在本发明中,所述固定化基质优选包括木屑、壳屑和秸秆中的一种或多种。所述木屑优选包括阔叶木碎屑;所述秸秆包括玉米秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种;所述壳屑包括玉米芯和/或花生壳屑。本发明在具体实施过程中使用的固定化基质均为玉米芯和花生壳屑的混合物;所述玉米芯和花生壳屑的混合物中玉米芯和花生壳屑的质量比为1:1。
本发明所述固定化基质能够被白腐真菌和平菇菌分解,分解后的残余物成为土壤的有机质组分,改善土壤的营养组分,提高土壤肥力。本发明所述固定化基质与含有平菇菌废弃的木质栽培料具有协同增效的作用。
本发明土壤修复剂将含有白腐真菌的培养液、含有平菇菌的栽培料和固定化基质组合使用,固定化基质被微生物分解后的残余物成为土壤的有机组分,能够改善土壤的营养组分,提高土壤肥力,固定化基质与含有白腐真菌的培养液和含有平菇菌的栽培料组合,无需额外加入营养成分即可有效降解土壤中有机污染物,固定重金属污染物,改善土壤肥力。能够促进恢复土壤生态系统,且相比于土壤化学修复法,此技术方案无毒害,无二次污染。
本发明提供了上述土壤修复剂的制备方法,包括如下步骤:
将含有平菇菌的栽培料和固定化基质混合,得到基体培养基;
将含有白腐真菌的培养液与基体培养基混合,得到修复剂前体物,20~30℃发酵10~20d,得土壤修复剂。
本发明将含有平菇菌的栽培料和固定化基质混合,得到基体培养基。本发明所述基体培养基中优选包括水,所述基体培养基的含水率优选为40~50%,进一步优选为42~48%,更优选为45~46%。本发明保持基体培养基的含水率为40~50%满足平菇生长所需的潮湿环境。
得到基体培养基后,本发明将含有白腐真菌的培养液与基体培养基混合,得到修复剂前体物。在本发明中,所述修复剂前体物的含水率优选为40~50%,进一步优选为42~48%,更优选为45~46%。本发明保持修复剂前体物的含水率为40~50%能够满足白腐真菌生长所需要的潮湿环境。
得到修复剂前体物后,本发明对所述修复前体物进行发酵,得土壤修复剂。本发明所述发酵的温度优选为20~30℃,进一步优选为25~28℃;所述发酵的时间优选为10~20d,进一步优选为12~18d。本发明在进行发酵时,优选全程避光发酵。
本发明提供了上述土壤修复剂在土壤修复中的应用。本发明将上述土壤修复与待修复土壤混合,平菇菌、白腐真菌在施加进入土壤后可更快的繁殖,减少修复时间。
本发明还提供了一种土壤修复的方法,包括如下步骤:
将土壤修复剂与待修复的土壤混合,每10~15d翻一次土,每20~30d补充1次固定化基质;
每次所述固定化基质的补充量与待修复的土壤的质量体积比为1~5kg:1m3。
本发明所述土壤修复剂与待修复的土壤的质量体积比为1~5kg:1m3,进一步优选为2~3kg:1m3。本发明所述混合的方式没有严格要求,优选将土壤修复剂施撒与待修复的土壤表面,搅拌混合。
本发明将土壤修复剂与待修复的土壤混合后,优选在混合好的污染土壤上覆盖透气的遮阳网,并定期向土壤施撒水分,保持土壤湿度20~30%。本发明对施撒水分的用量以及施撒的方式没有严格要求,保证土壤湿度在20~30%范围内即可。
本发明将土壤修复剂与待修复的土壤混合后,每10~15d翻一次土,每20~30d补充1~5kg固定化基质。本发明对翻土的方式没有严格要求,使用本领域常规可以使用的翻土方式即可,如深耕、翻土搅拌等。
本发明以固定化基质培养黄孢原毛平革菌和平菇菌后与待修复土壤混合,平菇菌以及黄孢原毛平革菌生长的大量胞外菌丝可螯合以及固定土壤中的重金属元素,并且平菇菌以及黄孢原毛平革菌可分泌漆酶,对催化降解土壤中难降解有机物具有高效作用,平菇种植废弃的木质栽培料与固定化基质组分协同增效,无需额外加入营养物质,即可大量扩繁修复微生物,使黄孢原毛平革菌和平菇菌在施加进入土壤后可更快的繁殖,减少修复时间。固定化基质能够被平菇菌和白腐真菌分解,分解后产生的纤维素,木质素和腐殖酸等残余物成为土壤的有机质组分,改善土壤的营养组分,提高土壤肥力。本方法对土壤的肥力要求低,在土壤肥力低的污染场地同时适用。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)含有黄孢原毛平革菌的培养液的制备:
1.1.黄孢原毛平革菌培养基的组成
马铃薯研磨浆液200g,葡萄糖10g、磷酸二氢钾0.5g、硫酸镁0.5g、氯化钙0.5g、硫酸锰0.5g、酒石酸氨0.5g,维生素0.2g和1000mL水。
2.1.将黄孢原毛平革菌菌剂以0.1ml/L的接种量接种至黄孢原毛平革菌培养基中,置于反应釜中,在温度为20℃,有氧条件下培养15d,得到含有黄孢原毛平革菌的培养液。
(2)土壤修复剂的制备:
将1g含有平菇菌的栽培料和100g固定化基质均匀混合,施加适量水分,均匀搅拌,使混合物含水率为40%,得到修复剂基体培养基;
将修复剂基体培养基与步骤(1)得到的5mL含有黄孢原毛平革菌的培养液混合,得到修复剂前体物;
保持前体物含水率40%,将修复剂前体物在温度20℃,含氧,避光条件下培养10d,得到修复剂。
实施例2
(1)含有黄孢原毛平革菌的培养液的制备:
1.1.黄孢原毛平革菌培养基的组成
马铃薯研磨浆液100g,葡萄糖5g、磷酸二氢钾1.0g、硫酸镁1.0g、氯化钙1.0g、硫酸锰1.0g、酒石酸氨1.0g,维生素1.0g和1000mL水。
2.1.将黄孢原毛平革菌菌剂以0.5ml/L的接种量接种至黄孢原毛平革菌培养基中,置于反应釜中,在温度为25℃,有氧条件下培养10d,得到含有黄孢原毛平革菌的培养液。
(2)土壤修复剂的制备:
将1g含有平菇菌的栽培料和100g固定化基质均匀混合,施加适量水分,均匀搅拌,使混合物含水率为50%,得到修复剂基体培养基;
将修复剂基体培养基与步骤(1)得到的5mL含有黄孢原毛平革菌的培养液混合,得到修复剂前体物;
保持前体物含水率50%,将修复剂前体物在温度25℃,含氧,避光条件下培养20d,得到修复剂。
实施例3
(1)含有黄孢原毛平革菌的培养液的制备:
1.1.黄孢原毛平革菌培养基的组成
马铃薯研磨浆液150g,葡萄糖8g、磷酸二氢钾1.0g、硫酸镁0.8g、氯化钙0.8g、硫酸锰0.8g、酒石酸氨0.8g,维生素0.8g和1000mL水。
2.1.将黄孢原毛平革菌菌剂以1ml/L的接种量接种至黄孢原毛平革菌培养基中,置于反应釜中,在温度为24℃,有氧条件下培养10d,得到含有黄孢原毛平革菌的培养液。
(2)土壤修复剂的制备:
将1g含有平菇菌的栽培料和100g固定化基质均匀混合,施加适量水分,均匀搅拌,使混合物含水率为45%,得到修复剂基体培养基;
将修复剂基体培养基与步骤(1)得到的2mL含有黄孢原毛平革菌的培养液混合,得到修复剂前体物;
保持前体物含水率45%,将修复剂前体物在温度24℃,含氧,避光条件下培养15d,得到修复剂。
应用例1-1
将15g实施例1得到的修复剂改良均匀撒在3L被PCBs(多氯联苯)污染的土壤中(土壤取自田间土,将田间土与PCBs复配得到污染土壤),充分搅拌使土壤与修复改良剂均匀混合;
在混合好的污染土壤上覆盖透气的遮阳网,并定期向土壤施撒水分,保持土壤湿度20~25%;
每10d深耕一次,每20d补充5g的固定化基质。
应用例1-2
同实施例1,区别在于将15g实施例1得到的修复剂替换为15g固定化基质。
应用例1-3
同实施例1,区别在于不进行每10d深耕一次,每20d补充5g的固定化基质的处理。
应用例2-1
将20g实施例2得到的修复改良均匀撒在3L被PAHs(多环芳烃)污染的土壤中(土壤取自田间土,与应用例1-1来源相同,将田间土与PAHs复配得到污染土壤),通过深耕的方式使土壤与修复改良剂均匀混合;
在混合好的污染土壤上覆盖透气的遮阳网,并定期向土壤施撒水分,保持土壤湿度25~30%;
每15d深耕一次,每25d补充10g的固定化基质。
与被污染土壤混合均匀;
应用例2-2
同应用例2-1,区别在于将20g实施例2得到的修复剂替换为20g固定化基质。
应用例2-3
同应用例2-1,区别在于不进行每10d深耕一次,每20d补充5g的固定化基质的处理。
应用例3-1
将10g实施例1得到的修复改良均匀撒在3L被重金属铅、锌、汞和铬混合污染的土壤中污染的土壤中(土壤取自田间土,与应用例1-1来源相同,将重金属铅、锌、汞和铬与PAHs复配得到污染土壤),通过深耕的方式使土壤与修复改良剂均匀混合;
在混合好的污染土壤上覆盖透气的遮阳网,并定期向土壤施撒水分,保持土壤湿度25~30%;
每12d深耕一次,每30d补充15g的固定化基质。
应用例3-2
同应用例3-1,区别在于将10g实施例1得到的修复剂替换为10g固定化基质。
应用例3-3
同应用例3-1,区别在于不进行每10d深耕一次,每20d补充5g的固定化基质的处理。
测试例1
分别取1g应用例1-1、应用例1-2和应用例1-3施加土壤修复剂40d后的土壤样品,将不施加任何土壤的利用气相色谱仪测定土壤样品中PCBs的含量,结果如表1所示。
表1不同处理方式对污染土壤的处理效果
由表1可知,本发明土壤施加修复剂,显著提高了对PCBs污染物的去除效果,本发明土壤修复剂对几种对氯联苯类污染物去除率均在60%以上。
测试例2
分别取1g应用例2-1、应用例2-2和应用例2-3施加土壤修复剂40d后的土壤样品,利用气相色谱仪测定土壤样品中PAHs的含量,结果如表2所示。
表2不同处理方式对污染土壤的处理效果
由表2可知,本发明土壤施加修复剂,显著提高了对PAHs的去除效果,对几种对多环芳烃类污染物去除率均在70%以上。
测试例3
分别取1g应用例3-1、应用例3-2和应用例3-3施加土壤修复剂40d后的土壤样品,检测土壤浸出液重金属污染物浓度,结果如表3所示。
表3不同处理方式对污染土壤的处理效果
处理方式 | 铅(mg/kg) | 锌(mg/kg) | 汞(mg/kg) | 铬(mg/kg) |
修复前 | 50 | 150 | 10 | 100 |
应用例2-3 | 38.7 | 89.2 | 6.32 | 89.2 |
应用例2-2 | 32.4 | 48.2 | 5.87 | 85.1 |
应用例2-1 | 11.4 | 27.2 | 2.83 | 27.5 |
由表3可知,本发明土壤施加修复剂,显著提高了对重金属污染的土壤的修复能力,表明修复剂能够有效的固定土壤中的重金属污染物。
测试例4
分别取1g应用例1-1、应用例2-1和应用例3-1施加土壤修复剂60d后的土壤样品,检测营养份含量,结果如表4所示。
表4不同处理方式下土壤的营养组成和性能参数
由表4可知,施加本发明修复剂后,相对于原土壤,土壤中氮、磷、钾以及有机质含量显著提升,土壤孔隙度升高。
由以上实施例可知本发明提供的土壤修复剂能够改善土壤的营养组分,提高土壤有机质含量和土壤疏松度,提高土壤肥力。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种土壤修复剂,其特征在于,按质量份计,包括如下组分的原料:0.5~10份含有白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)的培养液、1~15份含有平菇菌(Pleurotuspulmonarius)的栽培料和50~200份固定化基质。
2.根据权利要求1所述的土壤修复剂,其特征在于,所述含有白腐真菌的培养液的制备方法,包括将所述白腐真菌接种到白腐真菌培养基中,20~25℃培养10~20d;
所述白腐真菌培养基包括以下浓度的组分:100~300g/L马铃薯研磨浆液,2~10g/L葡萄糖、0.3~2.0g/L磷酸二氢钾、0.3~2.0g/L硫酸镁、0.3~1.0g/L氯化钙、0.1~1.0g/L硫酸锰、0.1~1.0g/L酒石酸氨和0.1~1.0g/L维生素。
3.根据权利要求1或2所述的土壤修复剂,其特征在于,所述白腐真菌包括黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium Burdsall)。
4.根据权利要求1所述的土壤修复剂,其特征在于,所述固定化基质包括木屑、壳屑和秸秆中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的土壤修复剂,其特征在于,所述木屑包括阔叶木碎屑,所述秸秆包括玉米秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种,所述壳屑包括玉米芯和/或花生壳屑。
6.权利要求1~5任一项所述的土壤修复剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将含有平菇菌的栽培料和固定化基质混合,得到基体培养基;
将含有白腐真菌的培养液与基体培养基混合,得到修复剂前体物,20~30℃发酵10~20d,得土壤修复剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述基体培养基的含水率为40~50%。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述修复剂前体物的含水率为40~50%。
9.权利要求1~5任一项所述的土壤修复剂或权利要求6~8任一项所述制备方法得到的土壤修复剂在土壤修复中的应用。
10.一种土壤修复的方法,其特征在于,包括如下步骤:
将权利要求1~5任一项所述的土壤修复剂或利用权利要求6~8任一项所述制备方法得到的土壤修复剂与待修复的土壤混合,每10~15d翻一次土,每20~30d补充1次固定化基质;
所述固定化基质的每次补充量与待修复的土壤的体积比为1~5kg:1m3。
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