CN109127712B

CN109127712B - 一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法

Info

Publication number: CN109127712B
Application number: CN201811101421.8A
Authority: CN
Inventors: 邵安林; 许灏; 高江; 赵虹; 王海龙
Original assignee: Ansteel Mining Co Ltd
Current assignee: Ansteel Mining Co Ltd
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN109127712A

Abstract

本发明涉及一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法，选择粒径为0.04～500um尾矿，在尾矿表层铺盖5～10cm厚的客土，施加有机粪肥，对尾矿表层进行翻耕，平整；接种菌剂，灌水，使持水率为60％；种植宽叶蒿和羊草；在宽叶蒿和羊草收割前期，加入鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液。采用有机粪肥提高了尾矿的肥力，接种菌剂促进植物生长，植物收割前期加入鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸解析尾矿中的重金属，促进植物在短期内超吸收积累重金属。本发明具有修复效果好，操作简单，修复剂可以被生物降解，不会造成二次污染。

Description

一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法

技术领域

本发明涉及重金属污染的铁尾矿修复技术领域，尤其涉及一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法。

背景技术

尾矿是矿山选矿的副产物，是一种没有强度、含有污染物、极易液化流动的高含水率固体废物。我国是一个金属矿山资源极其丰富的大国，且对矿山的开发利用强度大，每年会产生数量巨大的尾矿，据统计，我国现存尾矿量超过百亿吨，且每年以数亿吨的速度增长，但尾矿的综合利用率很低，绝大多数尾矿尚未被综合利用而是选择直接堆存。尾矿中往往重金属含量过高，而且尾矿是没有覆盖疏松的堆存，这样堆存的尾矿容易水蚀，使得水土流失加剧，暴雨时这些重金属污染物会伴随水土流失而污染水源和农田。

目前，国内外对尾矿治理的方式主要有物理、化学及生态恢复等。物理方法如利用水泥构筑固定，化学方法如添加化学螯合剂降低尾矿重金属活性，但物理和化学方法没有从根本上消除环境污染的风险。生态恢复被认为是解决尾矿废弃地环境问题最有效途径，但由于矿山开采所导致的恶劣环境，金属废弃地具有极端的生态条件，存在诸多不利于植被生长的条件，如尾矿中有机质含量很低，土壤综合肥力状况处于极低水平，各种土壤营养元素都极为贫乏，且几乎不含有微生物等。

本发明人量过几年的试验研究，终于找到一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

按照本发明所述的利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法，其特征在于，如下步骤：

(1)选择粒径为0.04～500um尾矿，在其表面铺一层5～10cm厚的客土，再施加客土量6～9％的有机粪肥，对尾矿表层深度10～20cm进行翻耕，使尾矿和客土的比例为1:1，平整尾矿土壤表层；

(2)在离尾矿土壤表层0～5cm处淋施菌剂，接种比例为800～1200g/m²，平整并灌水，保证尾矿土壤持水率为60％；

(3)种植宽叶蒿和羊草，宽叶蒿和羊草的数量为1:1，种植密度为400～600株/m²；

(4)对种植区进行浇水，统一管理，在宽叶蒿和羊草收割前10～15天，，向植株中加入质量浓度为1.2～2g/kg的鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液，每3～5棵植物加100～200mL，鼠李糖脂与乙二胺二琥珀酸的质量比为3:1。

按照本发明所述的利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法，真菌孢子、根外菌丝混合而成的菌剂菌种为：摩西球囊菌(Glomus mosseae)、根内球囊菌(Glomusintraradices)、地表球囊菌(Glomus versiforme)、聚丛球囊菌(Glomusaggregatum)透光球囊菌(Glomus diaphanum)，接种菌剂与宽叶蒿和羊草侵染扩繁的基质为：按重量比1:1的沙子和土壤。

本发明所述微生物为市售：摩西球囊菌(Glomus mosseae)、BGC HUN01A，根内球囊菌(Glomusintraradices)BGC AH01，地表球囊菌(Glomus versiforme)CGMCC No.8775，聚丛球囊菌(Glomus aggregatum)BGC BJ07，透光球囊菌(Glomus diaphanum)BGC XJ04A；其中，BGC为中国丛枝菌根真菌种质资源库(Bank of Glomales in China)，CGMCC为中国普通微生物菌种保藏管理中心(China General Microbiological Culture CollectionCenter)。

本发明所述的菌剂制作方法：

在无菌条件下分别在培养基中接种菌种的一级种子，将在分离的条件下单独进行活化培养，培养温度23℃～27℃，培养时间为7～10天，获得菌种的二级种子；挖取小块接入大型玻璃圆形培养皿中进行扩繁培养，培养温度为30～32℃，培养时间为5～8天，pH为6～7；收集并稀释至1～9×10⁷CFU/ml的菌液，再将各种菌液等体积混合制得。

所述活化与扩繁培养基配制成分为氮源：1～3g/L、碳源：1～3g/L、酵母浸膏：1～3g/L、蛋白胨：2～5g/L、磷酸氢二钾：0.5～1g/L、硫酸镁：0.03～0.05g/L。

实验研究显示，对尾矿库中采取积极有效的土壤改良措施，并采用接种微生物方法，进行植物栽植，接种的微生物不但能提高植物的成活率，还可以促进植物生长使其具有较大的生物量。本发明的方法是利用有机粪肥、强化土壤微生物、施加化学修复剂及植物种植方法。使用的有机粪肥为牛粪。其化学修复剂为螯合剂：乙二胺二琥珀酸及表面活性剂：鼠李糖脂。鼠李糖脂碳链比较长，分子结构中亲水基和疏水基结构复杂，鼠李糖脂与重金属络合稳定常数较大，使鼠李糖脂对土壤中重金属具有很强的解吸能力；乙二胺二琥珀酸可以增加土壤中重金属的溶解度，使重金属从土壤表面解吸；而且，二者都可以使土壤中的重金属由不溶态转化为可溶态，活化土壤中的重金属，增强了植物的吸收，有利于植物在短时间内富集重金属，从而达到修复尾矿的目的；二者又可以被生物降解，不会造成二次污染。

本发明的方法属于化学与微生物联合修复方法，具有修复效果好、操作简单，可大面积应用于重金属污染的铁尾矿修复。修复后的尾矿土壤环境质经满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618 1995)二级标准值的要求，而且可以提高土壤有机质含量，修复后的土体可直接用作种植土壤。

具体实施方式

以下各实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不构成对权利要求范围的限定，本领域技术人员根据说明书内容可以想到的其它替代手段，均应在本发明权利要求的保护范围之内。

样品采集：试验所用的尾矿样品取自东北某铁矿尾矿库表层0～20cm，尾矿采集后去除小石头，在通风橱中自然风干，过2mm尼龙筛；经测定尾矿重金属含量分别为：Pd为506.95mg/kg、Cd为2.087mg/kg、Zn为547mg/kg、Cu为212.5mg/kg，重金属的含量测定是采用化学方法处理后，用原子吸收分光光度仪检测；氟化物的含量为341mg/kg；pH为8.67；有效氮为9.027mg/kg，有机质含量为1.15％；有效磷低于检测范围。

本发明实施例所述的菌剂制作方法：

在无菌条件下分别在培养基中接种菌种的一级种子,将培养基在分离的条件下单独进行培养，培养温度25℃～26℃，培养时间为8～9天，获得菌种的二级种子；挖取小块接入大型玻璃圆形培养皿中进行扩大培养，培养温度为30～31℃，培养时间为6～7天，pH为6～7；收集并稀释至1～1.5×10⁷CFU/ml的菌液，再将各种菌液等体积混合制得。

所述活化与扩繁培养基配制成分为氮源：2g/L、碳源：2g/L、酵母浸膏：2g/L、蛋白胨：4g/L、磷酸氢二钾：0.8g/L、硫酸镁：0.05g/L。

在尾矿周边有柽柳、山莴苣、地肤、刺槐、旱柳等植物生长茂盛的地方，在植物根际采集一定量黄土的样品，装入无菌袋中，在冷藏的条件下带回实验室，鉴定微生物种类，鉴定优势菌种有摩西球囊菌(Glomus mosseae)、根内球囊菌(Glomusintraradices)、地表球囊菌(Glomus versiforme)、聚丛球囊菌(Glomus aggregatum)透光球囊菌(Glomusdiaphanum)。

本发明实施例所述微生物与市售的中国丛枝菌根真菌种质资源库BGC(Bank ofGlomales in China)相同菌种为：摩西球囊菌(Glomus mosseae)、BGCHUN01A，根内球囊菌(Glomusintraradices)BGC AH01，地表球囊菌(Glomus versiforme)CGMCC No.8775，聚丛球囊菌(Glomus aggregatum)BGC BJ07，透光球囊菌(Glomus diaphanum)BGC XJ04A。

本发明客土采自尾矿库周边植被生长茂密地区的黄土，过2mm尼龙筛，在压力蒸汽灭菌锅中灭菌，120℃，2小时，灭菌后装入塑料盆钵中，盆钵的规格为160mm*110mm*140mm。经鉴定的真菌孢子、根外菌丝混合而成的菌剂菌种与宽叶蒿和羊草侵染扩繁，扩繁的基质为沙子和土壤，沙子与土壤比例为1:1，扩繁后取含有真菌孢子、根外菌丝及被侵染寄生的宽叶蒿和羊草根段的根际土壤作为菌剂。

实施例1

每盆称取1100g尾矿于塑料盆钵(160mm*110mm*140mm)，厚度约为6cm，在其上覆客土800g厚度为6cm，客土取自尾矿库周边，再称取质重105g的牛粪于塑料薄膜上，并加入海川H436润湿剂，把塑料盆钵中的尾矿和土壤倒在放牛粪的薄膜上，充分混匀后，装入塑料盆钵；在离表层3cm处接种30g真菌孢子、根外菌丝混合而成的菌剂，对照组不接种菌剂，加入同质量的灭菌菌剂；再浇水至尾矿持水量的60％，静止培养3～5天；分别挑选籽粒饱满、个体均匀的宽叶蒿和羊草种子于两个烧杯中，用10％的过氧化氢溶液浸泡10分钟，然后分别以自来水和蒸馏水完全冲洗，置于铺有湿润滤纸的培养皿中，恒温25℃催芽，定期补加水，以保持滤纸湿润，待种子发芽后选择长势一致的种子播种育盆钵，每盆钵放置宽叶蒿或羊草各5株。盆钵置于温室中，出苗后进行间苗，每盆分别留3株，生长期按普通管理农田的办法管理。60天后收获植物样本，分析植物的生物量，及植物体内的重金属含量及尾矿土壤样品中的重金属含量。

宽叶蒿和羊草生长60天后，接种菌剂处理与对照组比较的结果：

宽叶蒿和羊草地上部分的生物量分别增加了213.7％、229.2％，地下部分的生物量分别增加208.53％，216.7％；

宽叶蒿地上部分重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了24.3％、6.8％、17.3％、10.2％；

羊草地上部分重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了9.6％、15.3％、30.6％、11.3％；

宽叶蒿地下部分重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了16.3％、3.74％、20.9％、18.6％；

羊草地下部分重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了12.5％、8.64.3％、31.6％、21.3％；

尾矿土壤样品中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别降低了10.3％、7.6％、12.17％、9.4％。

实施例2

每盆称取1100g尾矿于塑料盆钵(160mm*110mm*140mm)，厚度约为6cm，在其上覆客土800g厚度为6cm，客土取自尾矿库周边；再称取质重105g的牛粪于塑料薄膜上，并加入海川H436润湿剂，把塑料盆钵中的尾矿和土壤倒在放牛粪的薄膜上，充分混匀后，装入塑料盆钵，在离表层3cm处接种30g真菌孢子、根外菌丝混合而成的菌剂，浇水至尾矿持水量的60％，静止培养3～5天；分别挑选籽粒饱满、个体均匀的宽叶蒿和羊草种子于两个烧杯中，用10％的过氧化氢溶液浸泡10分钟，然后分别以自来水和蒸馏水完全冲洗，置于铺有湿润滤纸的培养皿中，恒温25℃催芽，定期补加水以保持滤纸湿润，待种子发芽后，选择长势一致的种子播种育盆钵，每盆钵放置宽叶蒿或羊草各5株；盆钵置于温室中，出苗后进行间苗，每盆分别留3株，生长期按普通管理农田的办法管理；在宽叶蒿和羊草生长50天时，向不同的植株盆钵中分别加入200mL不同质量浓度的鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液，盆钵为三个一组平行，修复剂水溶液的质量浓度分别为0g/kg为对照组、1.2g/kg、2g/kg，鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸的质量比为3:1。

生长到60天后，收获植物样本，分析植物的生物量，植物体内的重金属含量及尾矿土壤样品中的重金属含量。

宽叶蒿和羊草生长60天后，与对照组比较的结果：

对照组和加入鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液质量浓度1.2g/kg的宽叶蒿和羊草的生物量差别不是很明显；宽叶蒿在对照组的地上生物量为3.21g，地下生物量为0.76g，在乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液处理中地上生物量为3.18g，地下生物量为0.79g；羊草在对照组的地上生物量为3.98g，地下生物量为1.02g，在乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液处理中地上生物量为4.01g，地下生物量为0.98g。

加入质量浓度2g/kg，宽叶蒿地上部分和地下部分生物量分别降低7.8％和5.57％；羊草地上部分和地下部分生物量分别降低10.1％和6.5％；

加入质量浓度1.2g/kg，宽叶蒿地上部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了80.9％、120.7％、105％、38.6％；羊草地上部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了68.4％、79.3％、94.7％、53.2％；

加入质量浓度2g/kg，宽叶蒿地上部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了200.3％、420％、109.7％、247％；羊草地上部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了213％、380％、197.4％、158.8％；

加入质量浓度1.2g/kg，宽叶蒿地下部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了34.6％、89.4％、123.1％、65％；羊草地下部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了78％、32.5％、108％、29.7％；

加入质量浓度2g/kg，宽叶蒿地下部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了154.4％、292％、79.6％、158％；羊草地下部分中Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别增加了153.2％、89.6％、143％、67.2％。

加入质量浓度为1.2g/kg，尾矿土壤样品重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别下降了17.51％、19％、32.9％、15.92％；

加入质量浓度为2g/kg，尾矿土壤样品重金属Pd、Cd、Zn、Cu的含量分别下降了41.2％、59.8％、47.2％、34.2％。

Claims

1.一种利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法，其特征在于，如下步骤：

(1)选择粒径为0.04～500um尾矿，在其表面铺一层5～10cm厚的客土，再施加客土量6～9％的有机粪肥，对尾矿表层深度10～20cm进行翻耕，使尾矿和客土的比例为1∶1，平整尾矿土壤表层；

(3)种植宽叶蒿和羊草，宽叶蒿和羊草的数量为1∶1，种植密度为400～600株/m²；

(4)对种植区进行浇水，统一管理，在宽叶蒿和羊草收割前10～15天，向植株中加入质量浓度为1.2～2g/kg的鼠李糖脂和乙二胺二琥珀酸修复剂水溶液，每3～5棵植物加100～200mL，鼠李糖脂与乙二胺二琥珀酸的质量比为3∶1；

其中所述菌剂为摩西球囊菌、根内球囊菌、地表球囊菌、聚丛球囊菌及透光球囊菌分别进行活化、扩繁并稀释至1～9×10⁷CFU/ml的菌液，再将菌液等体积混合制得。

2.根据权利要求1所述的利用化学及微生物修复重金属污染尾矿的方法，其特征在于，接种菌剂与宽叶蒿和羊草侵染扩繁的基质为：按重量比1∶1的沙子和土壤。