CN107617639A - 一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污染土壤治理技术领域，公开了一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法，其包括如下步骤：1）选择多氯联苯污染土壤的0‑30cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，弃去土壤中杂物；2）将生物制剂取出，置于温度为28‑32℃的条件下活化6小时；然后按照10‑30kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生物处理2‑4天。本发明采用生物和矿物质联合治理多氯联苯土壤污染，处理方式简单可行，修复效率高，环境友好性强。
Description
技术领域
本发明属于污染土壤治理技术领域，具体涉及一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法。
背景技术
多氯联苯(polychlorinated biphenyls，PCBs) 多氯联苯，是经过化学催化反应，将1～10个氯原子于不同位置取代联苯分子上的氢所形成的氯代芳香烃类化合物，PCBs具有热力学稳定性、化学惰性、不易燃性、高电阻率等优良理化性质，曾被广泛应用于工业生产领域，后因发现其具有持久性、生物蓄积性、远距离迁移性和明显的生物毒性等特征，可通过食物链的传递对生物及人体健康造成极大的威胁，已禁用并被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》首批控制污染物名单。PCBs的清理处置工作取得了很大的进展，但由于污染范围广、污染时间长，今后的工作仍然任重道远，尤其在处置技术方面还缺乏经济有效的方法。
目前多氯联苯污染土壤化学修复技术，包括化学修复技术和生物修复技术。化学修复化技术是通过向土壤中投加过氧化氢、高锰酸钾、Fenton药剂等化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应来实现氧化分解土壤中多氯联苯的目的。化学修复技术修复效率高，但运行成本较高，使其广泛应用受到了很大的限制。生物修复技术主要采用微生物进行修复，对环境破坏小，经济效益高，但对环境条件要求较高，修复周期长，而且很难找到高效地PCBs降解菌剂等原因而无法实施。因此，开发一种修复情况可控的、符合环境友好发展的、能高效修复土壤PCBs污染的生物学方法，对修复污染PCBs土壤有着重要的意义和迫切性。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法，其包括如下步骤：
1）选择多氯联苯污染土壤的0-30cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，弃去土壤中杂物；
2）将生物制剂取出，置于温度为28-32℃的条件下活化6小时；然后按照10-30kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生物处理2-4天。
优选地，按照20kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂。
优选地，生物处理3-4天。
具体地，所述生物制剂包括沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌。
进一步地，
所述生物制剂按照如下步骤制备而得：
1）往水中添加玉米浆8g、葡萄糖6g、磷酸氢二钾0.2g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钠0.1g、氯化钙0.1g、硫酸亚铁0.01g、硫酸锰0.01g，搅拌均匀，调节pH为7.0-7.5，然后定容至1L，制得液体发酵培养基；
2）将沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌活化，然后分别培养至浓度为0.1-0.5亿cfu/ml的种子液，将上述五种种子液按照4-7:3-5:3-5:2-3:2-3的体积比混匀，然后按照10%的接种量接种到含有液体发酵培养基的发酵罐中，发酵培养12小时，再添加0.1-0.2%质量份的曲拉通-100，继续培养6h，得到混合发酵液；
3）将沸石粉碎，过100目筛，然后与草炭土、曲拉通-100按照500-800:1000-1500:1-2的质量比混匀制得矿物质载体；
4）将混合发酵液添加到1.5倍重量的矿物质载体中，在20℃的条件下，100rpm搅拌30min，然后4℃静置24-48小时，制得。
优选地，
所述发酵培养基的条件为：温度为28-32℃，罐压为0.5Mpa，通风量为1:0.5-1。
优选地，
所述沼泽红假单胞菌采用保藏号为ATCC17001的菌株；所述弗氏柠檬酸杆菌采用保藏号ATCC 8090的菌株；所述希瓦氏菌采用保藏号为ATCC 700550的菌株；所述恶臭假单胞菌采用保藏编号ATCC 700007的菌株；所述短小芽孢杆菌采用保藏号为ATCC7061的菌株。
需要说明的是，本发明有效说明各菌株配伍合理，可以有效促进多氯联苯污染物地降解，在实际应用中需要根据污染土壤中多氯联苯含量地不同，对生物制剂地投入量以及操作细节进行调整。
本发明所述的菌种属于已知菌株，均可以从ATCC等商业途径购买得到。本发明的各菌种的活化以及种子培养步骤为本领域的常规技术，并不是本发明创新点，此处不详述。本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明采用生物和矿物质联合治理多氯联苯土壤污染，处理方式简单可行，修复效率高，环境友好性强；
本发明生物制剂各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，其制备方法简便，方法易行，与矿物质结合使用，能够有效地治理多氯联苯土壤污染；
本发明采用沸石与草炭土两种矿物质，按照一定比例混合，作为载体和促进剂，添加到土壤会释放微量元素，并且对污染物有一定的吸附作用，还能够提高生物制剂保水通气性能，为微生物提供了好的增殖条件，从而提高微生物对多氯联苯污染物的去除；发酵过程中添加曲拉通-100能够刺激菌株产生多种酶蛋白地表达量，而且基于实际污染土壤多氯联苯较难以被微生物利用，在联合微生物修复技术基础上加入表面活性剂曲拉通-100，还可以有效提高污染物从土壤中的解吸率，为微生物催化降解提供了条件。
本研究表明，本发明采用五种菌株配伍，各菌株相互促进，提高了微生物对多氯联苯的降解能力，效果优于对比例1-5；载体中的沸石粉和曲拉通-100强化了微生物对土壤中多氯联苯的去除，较对比例6（只采用草炭土作为载体）效果大大提高，应用前景广阔。
附图说明
图1：处理时间对多氯联苯去除效果的影响；
图2：生物制剂施用量对多氯联苯去除效果的影响；
图3：不同的生物制剂处理多氯甲苯污染土壤试验。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法，其包括如下步骤：
1）选择多氯联苯污染土壤的0-30cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，弃去土壤中杂物；
2）将生物制剂取出，置于温度为28℃的条件下活化6小时；然后按照20kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生物处理3天。
所述生物制剂，其包括沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌五种菌制备而得；
具体地，所述生物制剂按照如下步骤制备而得：
1）往水中添加玉米浆8g、葡萄糖6g、磷酸氢二钾0.2g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钠0.1g、氯化钙0.1g、硫酸亚铁0.01g、硫酸锰0.01g，搅拌均匀，调节pH为7.0-7.5，然后定容至1L，制得液体发酵培养基；
2）将沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌活化，然后分别培养至浓度为0.3亿cfu/ml的种子液，将上述五种种子液按照4:3:3:2:2的体积比混匀，然后按照10%的接种量接种到含有液体发酵培养基的发酵罐中，控制温度为28-32℃，罐压为0.5Mpa，通风量为1:0.5-1的条件，培养12小时，再添加0.1%质量份的曲拉通-100，继续培养6h，得到混合发酵液；
3）将沸石粉碎，过100目筛，然后与草炭土、曲拉通-100按照500:1000:1的质量比混匀制得矿物质载体；
4）将混合发酵液添加到1.5倍重量的矿物质载体中，在20℃的条件下，100rpm搅拌30min，然后4℃静置24小时，制得。
所述沼泽红假单胞菌采用保藏号为ATCC 17001的菌株；所述弗氏柠檬酸杆菌采用保藏号ATCC 8090的菌株；所述希瓦氏菌采用保藏号为ATCC 700550的菌株；所述恶臭假单胞菌采用保藏编号ATCC 700007的菌株；所述短小芽孢杆菌采用保藏号为ATCC7061的菌株。
实施例2
一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法，其包括如下步骤：
1）选择多氯联苯污染土壤的0-30cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，弃去土壤中杂物；
2）将生物制剂取出，置于温度为30℃的条件下活化6小时；然后按照20kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生物处理4天。
所述生物制剂，其包括沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌五种菌制备而得；
具体地，所述生物制剂按照如下步骤制备而得：
1）往水中添加玉米浆8g、葡萄糖6g、磷酸氢二钾0.2g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钠0.1g、氯化钙0.1g、硫酸亚铁0.01g、硫酸锰0.01g，搅拌均匀，调节pH为7.0-7.5，然后定容至1L，制得液体发酵培养基；
2）将沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌活化，然后分别培养至浓度为0.5亿cfu/ml的种子液，将上述五种种子液按照7:5:5:3:3的体积比混匀，然后按照10%的接种量接种到含有液体发酵培养基的发酵罐中，控制温度为28-32℃，罐压为0.5Mpa，通风量为1:0.5-1的条件，培养12小时，再添加0.2%质量份的曲拉通-100，继续培养6h，得到混合发酵液；
3）将沸石粉碎，过100目筛，然后与草炭土、曲拉通-100按照800: 1500:1的质量比混匀制得矿物质载体；
4）将混合发酵液添加到1.5倍重量的矿物质载体中，在20℃的条件下，100rpm搅拌30min，然后4℃静置48小时，制得。
所述沼泽红假单胞菌采用保藏号为ATCC 17001的菌株；所述弗氏柠檬酸杆菌采用保藏号ATCC 8090的菌株；所述希瓦氏菌采用保藏号为ATCC 700550的菌株；所述恶臭假单胞菌采用保藏编号ATCC 700007的菌株；所述短小芽孢杆菌采用保藏号为ATCC 7061的菌株。
实施例3
处理时间和生物制剂施用量对多氯联苯去除效果的影响：
1、本发明设置处理时间分别为24h、48h、72h、96h以及120h，选择多氯联苯含量为50mg/kg的污染土壤作为样品，其余操作流程同实施例2。检测多氯联苯的去除率，结果如图1所示，24h的去除率为52.1%左右，48h的去除率为80.3%，72h的去除率达到96.5%，96h以后可达到99%以上。
2、本发明设置生物制剂的施用量分别为5kg/亩、10 kg/亩、20 kg/亩、40 kg/亩以及80kg/亩，选择多氯联苯含量为50mg/kg的污染土壤作为样品，其余操作流程同实施例2。检测多氯联苯的去除率，结果如图2所示，生物制剂施用量为20kg/亩时的去除率为达到99%，增加施用量到20kg/亩以上后，增加施用量对去除率的提高幅度并不大。
实施例4
治理多氯联苯污染土壤试验：
样品选择和操作流程：选择含有多氯联苯含量为40mg/kg的污染土壤，每块地块为10亩，分为7个地块，每个地块采用的生物制剂不同，分别为实施例1，对比例1-6,具体操作流程其余同实施例1；其中，对比例1（不添加沼泽红假单胞菌，其他同实施例1的生物制剂），对比例2（不添加弗氏柠檬酸杆菌，其他同实施例1的生物制剂），对比例3（不添加希瓦氏菌，其他同实施例1的生物制剂），对比例4（不添加恶臭假单胞菌的生物制剂，其他同实施例1）；对比例5（不添加短小芽孢杆菌的生物制剂，其他同实施例1）；对比例6（矿物质载体仅采用草炭土，其他同实施例1）。本发明还选择含有多氯联苯含量为80mg/kg的污染土壤进行试验，其余同上。
检测方法：将处理之后的土壤样品用体积比为1:1的正己烷：丙酮索提取24h，提取液利用旋转蒸发仪浓缩至1-2mL，浓缩液溶于50mL正己烷通过Florisil柱净化，净化液利用氮吹仪吹至1mL，用气相色谱测定其中的多氯联苯的含量。
结果显示：如图3所示，本发明生物制剂能够处理高浓度的多氯甲苯污染物，在3天时，40mg/kg的污染土壤经过处理，多氯联苯浓度降至1.1mg/kg，去除率为97%以上，80mg/kg的污染土壤经过处理，多氯联苯浓度降至2.9mg/kg，去除率为96%以上，去除率大大优于对比例1-6。本研究表明，本发明采用五种菌株配伍，各菌株相互促进，提高了微生物对多氯联苯的降解能力，效果优于对比例1-5；载体中的沸石粉和曲拉通-100强化了微生物对土壤中多氯联苯的去除，较对比例6（只采用草炭土作为载体）效果大大提高，具有极高的可推广应用价值，应用前景广阔。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种利用微生物和矿物质联合治理多氯联苯污染土壤的方法，其包括如下步骤：
1）选择多氯联苯污染土壤的0-30cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，弃去土壤中杂物；
2）将生物制剂取出，置于温度为28-32℃的条件下活化6小时；然后按照10-30kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂，翻耕，混合均匀，灌水至饱和，生物处理2-4天。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照20kg生物制剂/亩的量均匀播撒生物制剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物处理3-4天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物制剂包括沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物制剂按照如下步骤制备而得：
1）往水中添加玉米浆8g、葡萄糖6g、磷酸氢二钾0.2g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钠0.1g、氯化钙0.1g、硫酸亚铁0.01g、硫酸锰0.01g，搅拌均匀，调节pH为7.0-7.5，然后定容至1L，制得液体发酵培养基；
2）将沼泽红假单胞菌、弗氏柠檬酸杆菌、希瓦氏菌、恶臭假单胞菌以及短小芽孢杆菌活化，然后分别培养至浓度为0.1-0.5亿cfu/ml的种子液，将上述五种种子液按照4-7:3-5:3-5:2-3:2-3的体积比混匀，然后按照10%的接种量接种到含有液体发酵培养基的发酵罐中，发酵培养12小时，再添加0.1-0.2%质量份的曲拉通-100，继续培养6h，得到混合发酵液；
3）将沸石粉碎，过100目筛，然后与草炭土、曲拉通-100按照500-800:1000-1500:1-2的质量比混匀制得矿物质载体；
4）将混合发酵液添加到1.5倍重量的矿物质载体中，在20℃的条件下，100rpm搅拌30min，然后4℃静置24-48小时，制得。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发酵培养的条件为：温度为28-32℃，罐压为0.5Mpa，通风量为1:0.5-1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述沼泽红假单胞菌采用保藏号为ATCC17001的菌株；所述弗氏柠檬酸杆菌采用保藏号为ATCC 8090的菌株；所述希瓦氏菌采用保藏号为ATCC 700550的菌株；所述恶臭假单胞菌采用保藏号为ATCC 700007的菌株；所述短小芽孢杆菌采用保藏号为ATCC 7061的菌株。
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