CN116640578A - 解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质及制备方法和应用 - Google Patents
解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质及制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质及制备方法和应用，其中土壤重金属修复基质通过将富磷市政污泥进行水热炭化处理，并添加氯化钙从而获得污泥水热炭化产物，从硫铁矿山土壤中富集和筛选耐酸和耐重金属的解磷菌，并将其负载于NaOH改性后的稻壳表面，从而获得解磷菌‑稻壳复合材料，将污泥水热炭化产物与解磷菌‑稻壳复合材料按照一定比例混合后敞开堆积一定时间后获得土壤重金属修复基质。与现有技术相比，本发明至基质可以向土壤中释放大量磷酸根，一方面能够与土壤重金属形成稳定矿物从而将重金属固定，另一方面可以为上覆修复植物提供充足的磷源，促进植物的生长，最终实现土壤的生态复绿。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复领域，尤其是涉及一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质及制备方法和应用。
背景技术
市政污泥中含有丰富的磷资源，通常情况下，污泥中含有1％～5％(以干重计)的磷，在某些来自生物除磷工艺的污泥中磷的含量可能高达8％，同时，污泥中还含有病原体、抗生素、微塑料和重金属等污染物，在污泥资源化过程中这些污染物一旦释放到环境中，将会造成巨大的生态威胁。因此，想有效利用污泥中的磷资源，就必须对污泥进行预处理。
土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽不属于重金属，但因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。就对植物的需要而言，金属元素可分为2类：①植物生长发育不需要的元素，而对人体健康危害比较明显，如镉、汞、铅等。②植物正常生长发育所需元素，且对人体又有一定生理功能，如铜、锌等，但过多会造成污染，妨碍植物生长发育。
对于重金属污染严重的土壤而言，植物很难生长，土壤保水能力下降，形成裸露区域，肥力消失，很难通过自然演变的过程复绿。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以富磷市政污泥水热炭化产物和解磷菌-稻壳复合材料为主要基质的土壤重金属固定基质及其制备方法，阻断土壤重金属的溶出，促进市政污泥在土地修复方面的资源化利用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明第一方面提供一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，包括以下步骤：
污泥炭化产物制备：将富磷市政污泥进行水热炭化处理，并添加氯化钙来提高无机磷的转化率，从而获得污泥水热炭化产物；
解磷菌液制备：从硫铁矿山土壤中富集和筛选耐酸和耐重金属的解磷菌，扩大培养，获得解磷菌液；
解磷菌-稻壳复合材料制备：将稻壳材料进行化学预处理，与所述解磷菌液复合，得到解磷菌-稻壳复合材料；
土壤重金属修复基质的制备：将所述污泥水热炭化产物与所述解磷菌-稻壳复合材料按照预设比例混合后敞开堆积预设时间后，获得土壤重金属修复基质成品。
进一步地，所述污泥炭化产物制备过程具体包括：
将含水率小于80％的富磷市政污泥与氯化钙加入水热反应釜中进行高温炭化；
所述市政污泥磷元素含量大于3％；
所述水热反应的条件为，水热釜的体积至少为1L，以5-10℃/min的加热速率加热反应釜至温度为150-300℃，到达设定温度后保持0.5-2h，后冷却至室温分离出污泥炭化产物；
所述氯化钙质量为所述市政污泥干基质量的1％-20％。
进一步地，所述解磷菌液制备具体包括以下步骤：
1)向200mL富集培养液中加入5-10g硫铁矿山土壤，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，获得细菌富集液；
2)将5-10mL所述细菌富集液加入到新的200mL所述富集培养液中，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，静置0.5-1h后获取富集液上清液即为细菌富集液；
3)将所述细菌富集液进行稀释后涂布至选择培养基上，在温度25-35℃条件下进行选择培养，将周围产生透明圈直径最大的菌斑接种至传代培养基上并在温度25-35℃条件下进行传代扩大培养，获得解磷菌液。
进一步地，所述富集培养液由蛋白胨、牛肉浸膏、氯化钠和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述富集培养液中各物质的浓度为：蛋白胨8g/L，牛肉浸膏2.5g/L，氯化钠4g/L，pH为7.2-7.5。
进一步地，所述选择培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙、琼脂和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述选择培养基中各物质的浓度为：葡萄糖10g/L，硫酸铵0.5g/L，酵母浸粉0.5g/L，氯化钠0.3g/L，氯化钾0.3g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸亚铁0.03g/L，磷酸三钙5g/L，琼脂15g/L，pH为7.0-7.5。
进一步地，所述传代培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述传代培养基中各物质的浓度为：葡萄糖10g/L，硫酸铵0.5g/L，酵母浸粉0.5g/L，氯化钠0.3g/L，氯化钾0.3g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸亚铁0.03g/L，硫酸锰0.03g/L，磷酸三钙5g/L，pH为7.0-7.5。
进一步地，所述解磷菌-稻壳复合材料制备包括以下步骤：
1)将自然风干后的稻壳研磨过孔径为1mm的筛网；
2)向3-8wt％氢氧化钠溶液中添加过筛后的稻壳，投加比例为0.3-0.6kg/L，在室温下浸泡1-2h后将稻壳取出并用去离子水冲洗至中性，自然风干；
3)将所述稻壳按照比例为0.5-1kg/L加入至浓度为1×107-109CFU/mL所述解磷菌液中，于摇床中振荡吸附1-2h，收集稻壳并用灭菌水将表面培养液冲洗干净，得到解磷菌-稻壳复合材料。
进一步地，所述土壤重金属修复基质的制备过程具体为：将富磷市政污泥水热炭化产物干基质量与解磷菌-稻壳复合材料按照质量比为1:0.02-0.1均匀混合并敞开堆积预设时间，得到所述土壤重金属固定基质；
所述敞开堆积时堆体的高度为0.1-1.5m，堆积时间为1-28天。
本发明第二方面提供一种如上述方法制备得到的解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质。
本发明第三方面提供一种如上述土壤重金属修复基质在重金属污染土壤和植物种植的修复中的应用，所述土壤修复基质能够向土壤中释放磷酸根，一方面能够与土壤重金属形成稳定矿物从而将重金属固定，另一方面可以为上覆修复植物提供充足的磷源，促进植物的生长，最终实现土壤的生态复绿。
在构思历程中，申请人认为：
污泥水热炭化可以在实现市政污泥中病原体、药物、微塑料等污染物的快速灭活或降解，重金属的钝化的同时，污泥中的有机磷(OP)绝大部分转化为无机磷(IP)，水热炭化反应使污泥中的非磷灰石无机磷向磷灰石无机磷转化，提升了磷的生物可利用性，促进其资源化利用。氯化钙的加入可以促进污泥中的磷元素向磷酸钙转化，提高磷灰石的转化率。污泥和土壤中的无机磷通常以难溶固体存在，解磷菌通过分泌小分子有机酸，将磷酸钙等难溶态磷酸盐在酸性条件下溶解，又能螯合铁、铝、钙等金属离子，从而将与之结合的磷酸根释放出来，增加土壤中可溶性磷的含量。释放出的磷酸根可以与土壤和污泥中的重金属离子结合，生成稳定的矿物沉淀，达到固定土壤重金属的目的。同时，游离态的磷酸根还可以被植物吸收，促进重金属土壤上覆植被的生长，一举两得。市政污泥炭化处理后有机质会分解，而重金属污染土壤有机质含量很低，因此需要为解磷菌生长繁殖提供稳定的碳源。稻壳经过改性后孔隙率和比表面积都增大，解磷菌的吸附位点增多，可以有效充当解磷菌的载体，同时稻壳作为一种天然的缓释材料，可以为解磷菌的生长繁殖提供碳源。
申请人认为，通过市政污泥水热炭化去除大量的污染物质，将其炭化产物与解磷菌复合材料混合堆积处理后，可以充分释放污泥中富集的磷元素，可以有效固定污泥和土壤中的重金属，促进修复植物的生长，实现生态复绿的目标。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明通过水热炭化对富磷市政污泥进行无害化处置，水热过程中添加氯化钙来促进磷元素向无机磷转化，提高资源化效率，配以解磷菌-稻壳复合材料来促进无机磷的溶解释放，稻壳可为解磷菌提供缓释碳源，解磷菌作用下生成的磷酸根可以与土壤和污泥中的重金属结合生成稳定的磷酸盐沉淀，同时磷酸根还可以被修复植被吸收利用，促进植被的生长，实现可持续的修复目标；
(2)本发明可制备大量的矿山土壤重金属固定基质，促进硫铁矿山、尾矿库等重金属污染严重区域土壤的修复，实现矿山稳定复绿。
附图说明
图1为本发明中以解磷菌-稻壳复合材料和富磷市政污泥水热炭化产物为主要基质的土壤重金属固定基质制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明中土壤重金属修复基质通过将富磷市政污泥进行水热炭化处理，并添加CaCl2来提高无机磷的转化率，从而获得污泥水热炭化产物，从硫铁矿山土壤中富集和筛选耐酸和耐重金属的解磷菌，并将其负载于NaOH改性后的稻壳表面，稻壳可以为解磷菌提供大量吸附位点和稳定的碳源，从而获得解磷菌-稻壳复合材料，将污泥水热炭化产物与解磷菌-稻壳复合材料按照一定比例混合后敞开堆积一定时间后获得土壤重金属修复基质，该基质可以向土壤中释放大量磷酸根，一方面能够与土壤重金属形成稳定矿物从而将重金属固定，另一方面可以为上覆修复植物提供充足的磷源，促进植物的生长，最终实现土壤的生态复绿。
本技术方案中市政污泥水热炭化产物的制备方法如下：1)将含水率大于80％的富磷市政污泥与氯化钙加入水热反应釜中进行高温炭化；2)氯化钙质量为所述市政污泥干基质量的0.5％-3％；3)所述水热反应的条件为，所述水热釜的体积至少为1L，以5-10℃/min的加热速率加热反应釜至温度为150-300℃，到达设定温度后保持0.5-2h，后冷却至室温分离出污泥炭化产物。
上述的制备方法中，所述原料还包括氯化钙，所述氯化钙的质量为所述市政污泥干基质量的0.5％-3％，具体可为0.5％或3％。
上述制备方法中，所述市政污泥磷元素含量大于3％，其水热炭化产物的含水率小于60％，具体可为54.3％±0.1％。
解磷菌液的制备方法如下：1)向200mL所述富集培养液中加入5-10g硫铁矿山酸性土壤(pH＜4)，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，获得细菌富集液；其中，富集培养基由蛋白胨、牛肉浸膏、氯化钠和超纯水配置并高温高压灭菌获得；2)将5-10mL所述细菌富集液加入到新的200mL所述富集培养液中，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，静置0.5-1h后获取富集液上清液即为细菌富集液；3)：将所述细菌富集液进行稀释后涂布至所述选择培养基上，在温度25-35℃条件下进行选择培养，将周围产生透明圈直径最大的菌斑接种至传代培养基上并在温度25-35℃条件下进行传代扩大培养，获得解磷菌液；所述选择培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙、琼脂和超纯水配置并高温高压灭菌获得；所述传代培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙和超纯水配置并高温高压灭菌获得。
解磷菌-稻壳复合材料制备：1)将自然风干后的稻壳研磨过孔径为1mm的筛网后备用；2)向3-8％氢氧化钠溶液中添加所述稻壳，比例为每升溶液添加0.3-0.6kg稻壳，在室温下浸泡1-2h后将稻壳取出并用去离子水冲洗干净，自然风干；3)将所述稻壳按照比例为0.5-1kg/L加入至浓度为1×107-109CFU/mL所述解磷菌液中，于摇床中振荡吸附1-2h，收集稻壳并用灭菌水将表面培养液冲洗干净后备用。
本发明提供的土壤重金属固定基质的制备方法，其原料包括解磷菌、稻壳和富磷市政污泥；所述市政污泥炭化产物干基质量和解磷菌-稻壳复合材料质量比例为1：0.02-0.1，具体可为1:0.02或1:0.1，均匀混合并敞开堆积一定时间，得到所述土壤重金属固定基质。
上述的制备方法中，所述敞开堆积时堆体的高度为0-1.5m(如1m)，堆积时间为0-4周(如2周)，但不为0。
由上述的制备方法制备得到的土壤重金属固定基质，也在本发明的保护范围内。
本发明进一步提出了上述的土壤重金属固定基质在重金属污染土壤植被种植修复中的应用。
上述的应用中，所述的土壤为重金属浓度高，缺乏营养物质的土壤。
施用方式为可将所述的土壤重金属固定基质与重金属污染表层土壤(深度0-20cm)进行混合搅拌，再平铺至土地表面。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
矿山土壤取自马鞍山向山镇小南山硫铁矿山表层裸露土壤，其含水率约为8.2％±0.3％，重金属的含量见表1。
表1小南山硫铁矿山表层裸露土壤重金属含量(单位：mg/kg)
富磷市政污泥取自马鞍山市某污水处理厂，含水率为85％±0.3％，有机质含量为293.1g/kg，磷元素含量为3.5％；富磷市政污泥水热炭化产物含水率为53.2％。
解磷菌由马鞍山市小南山硫铁矿山土壤中富集筛选培养得到。
稻壳购自马鞍山市某农村集市，含水率为8.4％±0.05％，纤维素含量为38.6％±0.3。
实施例1
富磷市政污泥取自马鞍山市某污水处理厂，含水率为85％±0.3％，有机质含量为293.1g/kg，磷元素含量为3.5％；富磷市政污泥水热炭化产物含水率为53.2％。
解磷菌剂由马鞍山市小南山硫铁矿山土壤中富集培养得到。
按下述配方分别配置物料，每配方富磷市政污泥干基质总量约为1t，即富磷市政污泥水热炭化产物质量为1.88t，解磷菌-稻壳复合材料总质量约为50kg，解磷菌液浓度为1×108CFU/mL，氯化钙添加量为5kg，稻壳改性溶液为3％NaOH溶液。
按照图1所示工艺流程图制备矿山土壤重金属固定基质，具体步骤如下：
1)将富磷市政污泥和氯化钙按比例加入到水热反应釜中，以5℃/min的加热速率加热至150℃并保持2h，冷却至室温后分离出污泥炭化产物；
2)取10g小南山硫铁矿矿山表层土壤，按照既定步骤从矿山土壤中富集培养解磷菌，得到解磷菌液；
3)按照0.3kg/L的比例将50kg自然风干稻壳加入至3％NaOH溶液中，在室温下浸泡1h后取出并用去离子水冲洗至中性，自然风干，然后将稻壳按照0.5kg/L的比例加入浓度为1×107CFU/mL的解磷菌液中，于摇床内振荡吸附1h，收集稻壳并用灭菌水冲洗表面培养液后备用。
3)混料，将市政污泥水热炭化产物和解磷菌-稻壳复合材料按照质量比1:0.05均匀混合，并进行敞开堆积，堆积至1m高，堆放1周，得到土壤重金属固定基质。
实施例2
富磷市政污泥取自马鞍山市某污水处理厂，含水率为85％±0.3％，有机质含量为293.1g/kg，磷元素含量为3.5％；富磷市政污泥水热炭化产物含水率为53.2％。
解磷菌剂由马鞍山市小南山硫铁矿山土壤中富集培养得到。
按下述配方分别配置物料，每配方富磷市政污泥干基质总量约为1t，即富磷市政污泥水热炭化产物质量为1.88t，解磷菌-稻壳复合材料总质量约为100kg，解磷菌液浓度为1×109CFU/mL，氯化钙添加量为15kg，稻壳改性溶液为8％NaOH溶液。
按照图1所示工艺流程图制备矿山土壤重金属固定基质，具体步骤如下：
1)将富磷市政污泥和氯化钙按比例加入到水热反应釜中，以10℃/min的加热速率加热至300℃并保持2h，冷却至室温后分离出污泥炭化产物；
2)取10g小南山硫铁矿矿山表层土壤，按照既定步骤从矿山土壤中富集培养解磷菌，得到解磷菌液；
3)按照0.6kg/L的比例将100kg自然风干稻壳加入至8％NaOH溶液中，在室温下浸泡1h后取出并用去离子水冲洗至中性，自然风干，然后将稻壳按照1kg/L的比例加入浓度为1×109CFU/mL的解磷菌液中，于摇床内振荡吸附2h，收集稻壳并用灭菌水冲洗表面培养液后备用。
3)混料，将市政污泥水热炭化产物和解磷菌-稻壳复合材料按照质量比1:0.1均匀混合，并进行敞开堆积，堆积至1m高，堆放2周，得到土壤重金属固定基质。
应用例1
对根据实施例1-2的方法制备的解磷菌剂进行菌种鉴定分析，通过对菌种样品进行DNA提取，使用细菌16S通用引物进行扩增测序，利用测序结果在NCBI数据库中进行比对，从而对样品进行初步鉴定。
利用27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3)/1492R(5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3)引物对样品DNA进行扩增，分析得到透明圈直径最大的菌种为绿脓杆菌。以实施例1中的解磷菌剂为例，该绿脓杆菌为Pseudomonas aeruginosa strain DSM 50071，NCBI编号为NR_117678.1。
进一步地，申请人在以下网址购买了Pseudomonas aeruginosa strain DSM50071：http://www.biofeng.com/junzhu/biaozhunjunzhu/DSM50071.html(生物风服务平台)，将购买的Pseudomonas aeruginosa strain DSM 50071直接应用至应用例2～4中的实验场景中，结果得到的铜离子固定效率、不同基质中有效磷的浓度、淋溶液重金属浓度淋溶重金属固定率与由马鞍山市小南山硫铁矿山土壤中富集培养得到的解磷菌剂效果一致，故申请人认为在商业购买途径获取Pseudomonas aeruginosa strain DSM 50071标准菌的成本偏高和/或货源缺乏的情况下，可以优先考虑采用自硫铁矿山土壤中富集培养的方式实施本方案。
需要说明的是，本技术方案中采用自硫铁矿山土壤中富集培养手段采用以下文献中公开的手段：
1)聂振.解磷菌的筛选及其对水稻发芽与幼苗生长的研究[D].湖南农业大学,2021.DOI:10.27136/d.cnki.ghunu.2021.000858.
2)Wan W,Qin Y,Wu H,et al.Isolation and Characterization of PhosphorusSolubilizing Bacteria With Multiple Phosphorus Sources Utilizing Capabilityand Their Potential for Lead Immobilization in Soil[J].Frontiers inMicrobiology,2020,11:752.
需要说明的是，本技术方案中的核心构思在于整体手段的结合，并非在于菌种的提取和培养。
应用例2
分别配置200mg/L、500mg/L、1000mg/L和1500mg/L的铜重金属溶液，并向铜重金属溶液中添加蛋白胨、牛肉浸膏和氯化钠，使其浓度分别为10g/L、3g/L和5g/L的培养基，再向每种浓度重金属溶液中加入不同质量磷酸钙，使其浓度为15g/L，并接种实施例1中的解磷菌剂，培养一周后，采用ICP测量溶液中铜离子的浓度，如表2所示。
表2铜离子固定效率
由表2可知，该解磷菌剂对铜离子的固定效果很好，固定率保持在90％左右，因此该解磷菌剂不仅对高重金属浓度有很好的耐受性，同时可以将磷酸钙溶解释放出磷酸根离子，将铜离子以沉淀的形式去除，可以应用于重金属含量高的土壤中，尤其是铜离子含量高的土壤。
应用例3
取实施例1和2中市政污泥炭化产物和敞开堆积一周后的土壤重金属固定基质，在80℃温度下烘干24h，分别取5g两种基质并采用Olsen法(pH＝8.5的0.5mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法)测定各基质中有效磷的含量，如表3所示。
表3不同基质中有效磷的浓度(mg/g)
由表3可知，市政污泥炭化产物在加入解磷菌-稻壳复合材料并敞开堆积一周后，有效磷浓度显著增高，同时可以发现，加入CaCl2的市政污泥炭化产物1中有效磷含量更高，表明CaCl2促进了市政污泥中磷元素向无机磷的转化，从而提高了有效磷的含量。结合应用例2可知，解磷菌可以增加有效磷浓度，从而提高可以增强土壤重金属固定基质对土壤重金属的固定能力。
应用例4
将实施例1获得的土壤重金属固定基质施加至马鞍山向山镇小南山硫铁矿矿山表层土壤中(质量比为1:3，编号1)，并施加市政污泥(编号2)和空白对照组(纯矿山土壤，编号3)作为对比应用例，稳定14天使用pH＝4的稀硫酸模拟硫铁矿山冲淋，利用ICP-OES检测淋溶液中重金属的浓度，如表4所示，淋溶重金属固定率如表5所示。
表4淋溶液重金属浓度(单位：mg/kg)
表5淋溶重金属固定率(％)
由表5可知，本发明的土壤重金属固定基质对矿山土壤重金属有很强的固定作用，尤其是对铜离子和铅离子，固定率达到90％以上，对其他重金属离子也有明显的固定效果，能够很好地降低土壤中重金属的生态风险，促进矿山生态的修复。
综上可见，本发明采用富磷市政污泥水热炭化产物和解磷菌-稻壳复合材料制备了矿山土壤重金属固定基质，稻壳可以为解磷菌提供稳定的碳源，在水热炭化过程中添加CaCl2来增加污泥中磷元素向无机磷的转化率，解磷菌可以有效地将污泥炭化产物中的无机磷盐溶解并释放出大量磷酸根，磷酸根可以与矿山土壤中重金属结合生成稳定的沉淀，从而实现重金属的固定，同时磷酸根也可以被修复植物吸收促进其生长，达到土壤生态修复的目的。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
污泥炭化产物制备：将富磷市政污泥进行水热炭化处理，并添加氯化钙来提高无机磷的转化率，从而获得污泥水热炭化产物；
解磷菌液制备：从硫铁矿山土壤中富集和筛选耐酸和耐重金属的解磷菌，扩大培养，获得解磷菌液；
解磷菌-稻壳复合材料制备：将稻壳材料进行化学预处理，与所述解磷菌液复合，得到解磷菌-稻壳复合材料；
土壤重金属修复基质的制备：将所述污泥水热炭化产物与所述解磷菌-稻壳复合材料按照预设比例混合后敞开堆积预设时间后，获得土壤重金属修复基质成品。
2.根据权利要求1所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述污泥炭化产物制备过程具体包括：
将含水率小于80％的富磷市政污泥与氯化钙加入水热反应釜中进行高温炭化；
所述市政污泥磷元素含量大于3％；
所述水热反应的条件为，水热釜的体积至少为1L，以5-10℃/min的加热速率加热反应釜至温度为150-300℃，到达设定温度后保持0.5-2h，后冷却至室温分离出污泥炭化产物；
所述氯化钙质量为所述市政污泥干基质量的1％-20％。
3.根据权利要求1所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述解磷菌液制备具体包括以下步骤：
1)向200mL富集培养液中加入5-10g硫铁矿山土壤，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，获得细菌富集液；
2)将5-10mL所述细菌富集液加入到新的200mL所述富集培养液中，在温度25-35℃、转速120rpm条件下震荡培养24h，静置0.5-1h后获取富集液上清液即为细菌富集液；
3)将所述细菌富集液进行稀释后涂布至选择培养基上，在温度25-35℃条件下进行选择培养，将周围产生透明圈直径最大的菌斑接种至传代培养基上并在温度25-35℃条件下进行传代扩大培养，获得解磷菌液。
4.根据权利要求3所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述富集培养液由蛋白胨、牛肉浸膏、氯化钠和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述富集培养液中各物质的浓度为：蛋白胨8g/L，牛肉浸膏2.5g/L，氯化钠4g/L，pH为7.2-7.5。
5.根据权利要求3所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述选择培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙、琼脂和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述选择培养基中各物质的浓度为：葡萄糖10g/L，硫酸铵0.5g/L，酵母浸粉0.5g/L，氯化钠0.3g/L，氯化钾0.3g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸亚铁0.03g/L，磷酸三钙5g/L，琼脂15g/L，pH为7.0-7.5。
6.根据权利要求3所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述传代培养基由葡萄糖、硫酸铵、氯化钠、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸钙和超纯水配置并高温高压灭菌获得；
所述传代培养基中各物质的浓度为：葡萄糖10g/L，硫酸铵0.5g/L，酵母浸粉0.5g/L，氯化钠0.3g/L，氯化钾0.3g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸亚铁0.03g/L，硫酸锰0.03g/L，磷酸三钙5g/L，pH为7.0-7.5。
7.根据权利要求1所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述解磷菌-稻壳复合材料制备包括以下步骤：
1)将自然风干后的稻壳研磨过孔径为1mm的筛网；
2)向3-8wt％氢氧化钠溶液中添加过筛后的稻壳，投加比例为0.3-0.6kg/L，在室温下浸泡1-2h后将稻壳取出并用去离子水冲洗至中性，自然风干；
3)将所述稻壳按照比例为0.5-1kg/L加入至浓度为1×107-109CFU/mL所述解磷菌液中，于摇床中振荡吸附1-2h，收集稻壳并用灭菌水将表面培养液冲洗干净，得到解磷菌-稻壳复合材料。
8.根据权利要求1所述的一种解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质的制备方法，其特征在于，所述土壤重金属修复基质的制备过程具体为：将富磷市政污泥水热炭化产物干基质量与解磷菌-稻壳复合材料按照质量比为1:0.02-0.1均匀混合并敞开堆积预设时间，得到所述土壤重金属固定基质；
所述敞开堆积时堆体的高度为0.1-1.5m，堆积时间为1-28天。
9.一种如权利要求1至8中任意一项所述方法制备得到的解磷菌强化的污泥水热炭化土壤重金属修复基质。
10.一种如权利要求9中所述土壤重金属修复基质在重金属污染土壤和植物种植的修复中的应用，其特征在于，所述土壤修复基质能够向土壤中释放磷酸根，一方面能够与土壤重金属形成稳定矿物从而将重金属固定，另一方面可以为上覆修复植物提供充足的磷源，促进植物的生长，最终实现土壤的生态复绿。
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| CN117165496A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 同济大学 | 一种解磷菌的高效培养方法及其联合碳微球修复重金属污染场地的应用 |
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| CN117165496B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-02-09 | 同济大学 | 一种解磷菌的高效培养方法及其联合碳微球修复重金属污染场地的应用 |
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