CN108114978B - 一种化学-微生物高效修复土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复领域，公开了一种化学‑微生物高效修复土壤的方法。包括如下修复过程：将草垫缓慢浸入微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫；先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；通过缓慢淋水或者依靠雨水缓慢浸湿，使土壤中的重金属被活化并螯合，而有机污染物被螯合剂收集，快速渗入底层的微生物草垫，进一步被微生物分解转化，从而实现快速固定重金属及分解有机污染物的目的。本发明中修复土壤的方法与普通方法相比，修复效率高，对土壤中的重金属污染物去除率高，对有机污染物分解速度快，具有极好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，提供了一种化学-微生物高效修复土壤的方法。
背景技术
随着工业、城市污染的加剧和农业化学物 质种类、数量的增加，土壤污染已成为备受关注的全球性环境污染问题。目前中国土壤环境污染越来越严重，污染面临的形势也十分严峻。土壤污染会造成粮食减产，作物中污染物含量超标，地下水污染等严重后果，越来越受到人们的重视。
土壤污染主要有四类：化学污染物、物理污染物、生物污染物和放射性污染物。在我国约由1/5的土壤受到不同程度的污染，每年造成巨大粮食减产和巨额的农业损失。同时，土壤污染引起作物中污染物含量超标，并通过食物链富集到人体和动物中，危害人畜健康，引发人类癌症和其它疾病等。另外，土壤受到污染后，含污染物质浓度较高的污染表土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水和地下水污染以及生态***退化等其它次生生态环境问题。因此，研究和发展经济而又高效的土壤修复技术，对于生态环境的保护，农产品的质量安全和社会经济的可持续发展具有重要的意义。
污染土壤的修复技术有很多，按原理可大致分为物理化学修复、植物修复和微生物修复。物理化学修复是指利用物理或者化学的方法对污染土壤进行修复，主要的方法有翻土、客土、热处理、固化/稳定化、土壤性能改良、淋洗/浸提、电动修复等，具有治理效果彻底、稳定的优点，其共同的不足是工程量和投资较大，同时容易导致土壤结构破坏，土壤养分流失和生物活性下降；植物修复是运用农业技术改善土壤对植物生长不利的化学和物理方面的限制条件，使之适于种植，并通过种植优选的植物及其根际微生物直接或间接吸收、挥发、分离、降解污染物，恢复重建自然生态环境和植被景观，但其缺点是缺乏广谱性，修复过程通常较长，中断了农业生产，此外植物的生长条件较为严格；微生物修复系指利用土著或外源微生物，在适宜的条件下，对土壤中的有机污染物进行降解，或是通过生物吸附、氧化还原等作用将有毒的污染物转化为无毒或低生物活性的状态，其优势是相对简单，费用较低，是发展前景极好的土壤修复技术，但影响其应用的最大局限性是修复效率低，耗费时间长，因此，提高生物修复的效率是推动生物修复技术在土壤修复领域利用的关键。
中国发明专利申请号201310298759.8公开了一种微生物-化学法联合修复矿区重金属污染土壤的方法，该方法利用硫酸盐还原菌还原硫酸盐的方法来产出硫化氢，作为重金属的沉淀剂。先利用表面活性剂化学淋洗的方法先将土壤中的重金属转移到液相中，再向土壤和淋洗液中分别加入硫酸盐还原菌液，将土壤中残余的重金属从可交换态转化为稳定态，从而达到有效处理矿区重金属污染土壤的目的。
中国发明专利申请号201710221613.1公开了一种基于微生物降解的土壤修复***，包括污染源土壤传送单元、物理筛选单元、石块传送单元、微生物降解单元、清洗沉淀单元、脱水单元和已修复土源传送单元；此发明采用微生物降解和化学清洗结合的方式，土壤修复更彻底，并且有效减少二次污染；清洗液回收模块回收过程保证了滤网区水流的扰动，解决了滤网容易堵塞的问题；清洗液回收模块有效抑制了对底部沉淀物的扰动，使回收到的清洗液不含泥土杂质。
根据上述，现有方案中传统的土壤修复技术中，物理化学修复技术存在工程量和投资较大，导致土壤结构破坏，土壤养分流失和生物活性下降的缺陷，而一般较多采用的生物修复技术，特别是微生物修复技术，存在微生物的专一性较强，生长条件严格，不能应用于污染物浓度较大，且修复效率低而耗费时间长，鉴于此，本发明提出了一种创新性的化学-微生物高效修复土壤的方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
由于目前应用较广的微生物土壤修复技术，存在微生物的专一性较强，生长条件严格，不能应用于污染物浓度较大，且修复效率低而耗费时间长的问题，土壤修复效果和效率不理想，限制了该项修复技术的发展应用。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种化学-微生物高效修复土壤的方法，所述高效修复土壤的过程分为四个阶段：（1）微生物浆体的配制；（2）微生物草垫的制备；（3）微生物草垫的铺设；（4）土壤修复的实现；
一种化学-微生物高效修复土壤的方法，具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，使各种菌类吸附并固定于膨胀珍珠岩的孔隙中，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；
通过缓慢淋水或者依靠雨水缓慢浸湿，使土壤中的重金属被活化并螯合，而有机污染物被螯合剂收集，快速渗入底层的微生物草垫，进一步被微生物分解转化，从而实现快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
优选的，所述粉煤灰的粒径为50~200μm，孔隙率为65~80%；所述秸秆粉的颗粒粒径为200~500μm，碳水化合物含量为40~50%；
优选的，所述微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.1~0.2份、丁酸梭菌0.1~0.3份、酵母菌0.2~0.4份、乳酸菌0.2~0.5份、放线菌0.1~0.3份、膨胀珍珠岩4~6份、粉煤灰3~6份、秸秆粉4~6份、木糖醇2~5份、丙烯酰胺12~18份、粘土18~25份、水32.3~56.3份；
优选的，所述浸染时间为30~60min；
优选的，所述土壤深翻的深度应根据土壤受污染的程度及深度确定，且不低于0.5m；
优选的，所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双四乙酸、乙二胺二乙酸、环已烷二胺四乙酸或S, S-乙二胺二琥珀酸中的至少一种；
优选的，所述土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为2~4%；所述土壤与螯合剂粉碎后的粒径为0.5~2mm；
测试本发明的修复土壤方法的修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性，并与物理修复、化学修复及普通微生物修复的方法相对比，本发明的方法具有明显优势，如表1所示。
表1：
本发明提供了一种化学-微生物高效修复土壤的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了采用铺设微生物草垫修复加入螯合剂土壤的化学-微生物高效修复土壤的方法。
2、通过在土壤底层铺设微生物草垫，形成密集的微生物修复区，增大了微生物修复的有效接触面积，进而提高了微生物修复的效率。
3、通过在土壤中添加螯合剂，使土壤中的重金属快速活随水渗透进入微生物草垫修复固定，有机污染物被螯合活化淋入草垫快速分解，显著提升了土壤修复的效果。
4、本发明的制备过程简单，能耗低，生产成本低，对周围环境和土壤无不利影响，具有极好的应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为珍珠岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.1份、丁酸梭菌0.2份、酵母菌0.3份、乳酸菌0.4份、放线菌0.3份、膨胀珍珠岩5份、粉煤灰4份、秸秆粉5份、木糖醇3份、丙烯酰胺15份、粘土20份、水46.7份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为45min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.6m；螯合剂为乙二胺四乙酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为5%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例1修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
实施例2
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为松脂岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.1份、丁酸梭菌0.1份、酵母菌0.2份、乳酸菌0.2份、放线菌0.1份、膨胀珍珠岩4份、粉煤灰3份、秸秆粉4份、木糖醇2份、丙烯酰胺12份、粘土18份、水56.3份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为30min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.5m；螯合剂为二乙三胺五乙酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为2%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例2修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
实施例3
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为黑曜岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.2份、丁酸梭菌0.3份、酵母菌0.4份、乳酸菌0.5份、放线菌0.3份、膨胀珍珠岩6份、粉煤灰6份、秸秆粉6份、木糖醇5份、丙烯酰胺18份、粘土25份、水32.3份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为60min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.8m；螯合剂为羟乙基乙二胺三乙酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为4%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例3修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
实施例4
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为珍珠岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.1份、丁酸梭菌0.2份、酵母菌0.4份、乳酸菌0.4、放线菌0.3份、膨胀珍珠岩4份、粉煤灰4份、秸秆粉5份、木糖醇3份、丙烯酰胺14份、粘土19份、水49.6份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为35min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.6m；螯合剂为乙二醇双四乙酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为3%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例4修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
实施例5
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为松脂岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.2份、丁酸梭菌0.3份、酵母菌0.3份、乳酸菌0.4份、放线菌0.2份、膨胀珍珠岩5份、粉煤灰5份、秸秆粉6份、木糖醇4份、丙烯酰胺17份、粘土23份、水38.6份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为50min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.7m；螯合剂为环已烷二胺四乙酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为4%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例5修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
实施例6
（1）微生物浆体的配制的具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为黑曜岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.2份、丁酸梭菌0.2份、酵母菌0.3份、乳酸菌0.4份、放线菌0.3份、膨胀珍珠岩5份、粉煤灰4份、秸秆粉4份、木糖醇4份、丙烯酰胺16份、粘土22份、水43.6份；
（2）微生物草垫的制备的具体过程为：
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；浸染时间为45min；
（3）微生物草垫的铺设的具体过程为：
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；土壤深翻的深度为0.6m；螯合剂为S, S-乙二胺二琥珀酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为3%；
（4）土壤修复的实现的具体过程为：
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
实施例6修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
对比例1
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；膨胀珍珠岩为黑曜岩；
微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.2份、丁酸梭菌0.2份、酵母菌0.3份、乳酸菌0.4份、放线菌0.3份、膨胀珍珠岩5份、粉煤灰4份、秸秆粉4份、木糖醇4份、丙烯酰胺16份、粘土22份、水43.6份；
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物浆体、土壤与螯合剂混合；螯合剂为S,S-乙二胺二琥珀酸；土壤与螯合剂混合物中，螯合剂的质量分数为3%；
通过缓慢淋水，实现了快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
对比例1修复土壤的方法，其修复效率、重金属去除率、有机污染物分解率及环境友好性如表2所示。
表2：
Claims (7)
1.一种化学-微生物高效修复土壤的方法，具体过程为：
将地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌与膨胀珍珠岩共混，使各种菌类吸附并固定于膨胀珍珠岩的孔隙中，进一步与粉煤灰、秸秆粉、木糖醇、丙烯酰胺、粘土及水混合，制成均匀的微生物浆体；
将草垫缓慢浸入制得的微生物浆体中，使浆体均匀充分浸染草垫，取出草垫并自然干燥，制得微生物草垫；
先将待修复的土壤深翻，将制得的微生物草垫铺设在土壤底层，再将土壤与螯合剂混合并粉碎，然后均匀铺设于微生物草垫层上；
通过缓慢淋水或者依靠雨水缓慢浸湿，使土壤中的重金属被活化并螯合，而有机污染物被螯合剂收集，快速渗入底层的微生物草垫，进一步被微生物分解转化，从而实现快速固定重金属及分解有机污染物的目的。
2.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述粉煤灰的粒径为50~200μm，孔隙率为65~80%；所述秸秆粉的颗粒粒径为200~500μm，碳水化合物含量为40~50%。
3.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述微生物浆体中，各组分总的质量份数以100份计，其中：地衣芽孢杆菌0.1~0.2份、丁酸梭菌0.1~0.3份、酵母菌0.2~0.4份、乳酸菌0.2~0.5份、放线菌0.1~0.3份、膨胀珍珠岩4~6份、粉煤灰3~6份、秸秆粉4~6份、木糖醇2~5份、丙烯酰胺12~18份、粘土18~25份、水32.3~56.3份。
4.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述浸染时间为30~60min。
5.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述土壤深翻的深度应根据土壤受污染的程度及深度确定，且不低于0.5m。
6.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双四乙酸、乙二胺二乙酸、环已烷二胺四乙酸或S, S-乙二胺二琥珀酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述一种化学-微生物高效修复土壤的方法，其特征在于：所述土壤与螯合剂混合后，螯合剂的质量分数为2~4%；所述土壤与螯合剂粉碎后的粒径为0.5~2mm。
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