CN104624635B - 一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，微生物营养剂由豆饼粉和糖蜜以一定配比组成。通过向土壤或沉积物中加入本发明的微生物营养剂，促进土壤或沉积物中土著微生物的大量生长，利用微生物的还原作用将土壤或沉积物中有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，同时，微生物会通过吸附、沉淀等过程，将三价铬固定，减少其移动性和生物可利用性，也避免三价铬再次被氧化为六价铬。本发明具有成本低、效果好、材料易得、使用方便、环境友好等优点。

Description

一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂
技术领域
本发明涉及一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，属于环保技术领域。
背景技术
铬（Cr）是自然环境中常见的一种金属污染物，也是美国超级基金优先控制的前20种有毒物质之一。我国自1958年建成第一条铬盐生产线至今，先后有70余家企业生产过铬盐，现存25家，根据《铬渣污染综合整治方案》的统计数据，我国累计产生铬渣量约为600万t。铬渣中含有0.3～1.5%可溶性六价铬，经降水和地表水冲刷，进入周围土壤和地下水，造成了环境严重的铬污染。目前我国受六价铬严重污染的土壤达1250万吨，对铬污染土壤的治理刻不容缓，急需修复铬污染土壤的关键技术。
修复六价铬污染土壤的传统方法有化学固定法、化学还原法、土壤淋洗法和电动修复法等。而这些方法大多数需要高能耗或者需要大量的化学试剂，成本高且易造成二次污染。近年来，微生物修复法由于其环境友好性和较低成本等优点备受关注。微生物修复铬污染土壤主要是利用土壤中的土著微生物或加入经驯化的高效微生物，通过微生物还原反应，将有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，达到治理铬污染土壤的目的。而应用土著微生物进行有毒废物解毒与污染土壤修复在环境安全性、环境适应性与种群协调性以及应用成本方面具有其他异地菌种不可比拟的优越性。但由于环境中营养物质的缺乏，有效的土著微生物的生长较为缓慢，使得铬污染土壤的修复受到限制。因此，本发明提供一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，通过为土著铬还原微生物提供营养物质，刺激其生长，进行铬污染土壤的修复。另外，本发明同样适用于铬污染沉积物的修复。
发明内容
本发明旨在提供一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，由豆饼粉和糖蜜以一定配比组成，其中豆饼粉和糖蜜的配比及用量根据土壤中六价铬的污染浓度而定。通过向土壤或沉积物中加入本发明的微生物营养剂，促进土壤或沉积物中土著微生物的大量生长，利用微生物的还原作用将土壤或沉积物中有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，同时，微生物会通过吸附、沉淀等过程，将三价铬固定，减少其移动性和生物可利用性，也避免三价铬再次被氧化为六价铬。本发明具有成本低、效果好、材料易得、使用方便、环境友好等优点。
本发明中的微生物营养剂选用糖蜜，一是因为糖蜜可以增加土壤或沉积物中六价铬的浸出；二是可直接作为还原Cr(Ⅵ)的电子供体；三是糖蜜也可以作为微生物利用的碳源，促进微生物的生长。豆饼粉的碳氮比约6.76，可为微生物提供氮源。糖蜜和豆饼粉以一定配比组成的微生物营养剂碳氮比约15～40，非常有利于土著微生物对其矿化，从而促进土著微生物的生长，提高六价铬的还原稳定化效率。
本发明提供的一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，其优选的使用方法如下：
将土壤或沉积物破碎至直径小于2mm，向土壤或沉积物中添加糖蜜和豆饼粉以一定配比组成的微生物营养剂，搅拌均匀，调节含水率，隔绝空气养护20天以上，既得修复后土壤或沉积物。其中，上述微生物营养剂中豆饼粉和糖蜜的质量比为1：2～10，所加微生物营养剂的用量为土壤或沉积物质量的2%～20%，含水率控制为25%～40%，温度在20℃～30℃为宜。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、修复效果好：微生物的还原作用可将有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，同时，微生物会通过吸附、沉淀等过程，将三价铬固定，减少其移动性和生物可利用性，避免三价铬再次被氧化为六价铬。本发明对土壤或沉积物中六价铬的去除率可达96%以上，总铬和六价铬的稳定化效率（浸出液中总铬或六价铬浓度的减少比率）可达95%以上，大大降低了毒性和危害；
2、成本低：本发明所述糖蜜为制糖过程的副产物，豆饼粉为大豆(主要是黄豆和黑豆)榨油后的副产品，来源广泛、价格低廉；
3、使用方便：本发明所述微生物营养剂在使用过程中涉及的机械设备主要有挖掘机、粉碎机和搅拌机，操作简便；
4、环境友好：本发明通过微生物的作用还原稳定化六价铬，避免了化学试剂的使用，具有环境安全性，另外，本发明是通过刺激土著微生物的生长起作用，不添加异地菌，在环境适应性与种群协调性方面更具优势。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中所有样品的分析方法如下：依据《土壤水分测定法》（NY/T52-1987）测定土壤含水率，依据《固体废物六价铬的测定碱消解/火焰原子吸收分光光度法》（HJ687-2014）测定土壤六价铬浓度；依据《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）制备浸出液，并根据《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》（GB7467-87）测定浸出液中六价铬的浓度，采用火焰原子吸收分光光度法测定浸出液中总铬的浓度。
实施例1
本实施例选取的污染土壤取自山东省济南市某化工厂区内的表层污染土，土壤风干、磨细过100目筛，储存备用。经测定，实施例1所取污染土壤基本性质如表1，其中污染土壤中六价铬的浓度为2655.6mg/kg，浸出液中总铬浓度为179.49mg/L，浸出液中六价铬浓度为119.88mg/L。
表1土壤基本理化性质
土壤含水率% 土壤六价铬浓度(mg/kg) 浸出中总铬浓度(mg/L) 浸出液中六价铬浓度(mg/L)
8.27 2655.6 179.49 119.88
取1kg风干的铬污染土壤置于2L的塑料桶中，添加糖蜜和豆饼粉以一定配比组成的微生物营养剂150g，搅拌均匀，调节含水率为38%，隔绝空气，于25℃恒温培养箱中养护21天，既得修复后土壤。其中，上述微生物营养剂中豆饼粉和糖蜜的质量比为1：4，微生物营养剂的碳氮比约23.5:1。
经测定，修复后土壤中六价铬的浓度为66.82mg/kg，土壤中六价铬的去除率达97.48%；按照《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）制备的浸出液中六价铬的浓度为未检出，总铬的浓度为4.4mg/L，总铬的稳定化效率为97.55%。
实施例2
本实施例中，选取的污染土壤类型、操作步骤及相关测定方法均同实施例1，区别在于：所加微生物营养剂中豆饼粉和糖蜜的质量比为1:9，微生物营养剂的碳氮比约36.16:1，调节含水率为37%。经测定，修复后的土壤中六价铬的浓度为65.43mg/kg，土壤中六价铬的去除率达97.54%；按照《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）制备的浸出液中六价铬的浓度为未检出，总铬的浓度为7.33mg/L，总铬的稳定化效率为95.91%。
实施例3
本实施例选取山东省济南市某化工厂区内一基坑的水下沉积物，风干、磨细过100目筛，储存备用。经测定，实施例3所取沉积物的基本性质如表2，其中沉积物中六价铬的浓度为126.09mg/kg，浸出液中总铬浓度为8.41mg/L，浸出液中六价铬浓度为5.93mg/L。
表2沉积物基本理化性质
含水率% 沉积物中六价铬浓度(mg/kg) 浸出中总铬浓度(mg/L) 浸出液中六价铬浓度(mg/L)
4.56 126.09 8.41 5.93
取1kg风干的铬污染沉积物置于2L的塑料桶中，添加糖蜜和豆饼粉以一定配比组成的微生物营养剂20g，搅拌均匀，调节含水率为30%，隔绝空气，于25℃恒温培养箱中养护21天，既得修复后沉积物。其中，上述微生物营养剂中豆饼粉和糖蜜的质量比为1：4，微生物营养剂的碳氮比约23.5:1。
经测定，修复后沉积物中六价铬未检出，按照《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）制备的浸出液中六价铬的浓度为未检出，总铬的浓度为0.025mg/L，总铬的稳定化效率为99.7%。
实施例4
本实施例中，选取的污染沉积物类型、操作步骤及相关测定方法均同实施例3，区别在于：所加微生物营养剂中豆饼粉和糖蜜的质量比为1:10，微生物营养剂的碳氮比约38.04：1。经测定，修复后的沉积物中六价铬的浓度为4.08mg/kg，土壤中六价铬的去除率达96.77%；按照《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）制备的浸出液中六价铬的浓度为未检出，总铬的浓度为0.08mg/L，总铬的稳定化效率为99.05%。
上述一般性说明、实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的修改或改进，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于修复铬污染土壤和沉积物的微生物营养剂，其特征在于：通过向土壤或沉积物中加入质量比为1：4～10的豆饼粉和糖蜜组成的微生物营养剂，促进土壤或沉积物中土著微生物的大量生长，利用微生物的还原作用将土壤或沉积物中有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，微生物营养剂碳氮比约23.5～38.04:1，用量为土壤或沉积物质量的2%～15%，使用时将土壤或沉积物磨细过100目筛，含水率控制为30%～38%，隔绝空气，于25℃养护21天。
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