CN109365495A - 生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:S1,将生物炭负载表面活性施入石油污染土壤表层后静置陈化80天;S2,土壤陈化结束后,往表层土壤上洒水使其含水量达到50‑60%,再调节土壤pH值为7‑8,然后向土壤中加入石油降解菌剂进行发酵;S3,土壤发酵结束后,在土壤中种植不同数量比例配置的植物,待植物成熟后,将植物整体移除;S4,循环重复S1‑S3,直至检测到石油污染物土壤中石油污染物的含量≤4.5g/kg为止。本发明采用原位修复技术,修复过程中不破坏环境,不带来二次污染,绿色环保,实现了绿色循环修复效果好的复合修复模式。
Description
技术领域
本发明属于石油污染土壤治理技术领域,具体涉及一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法。
背景技术
石油是世界范围内最重要的化石燃料之一。在石油工业发展过程中,尤其是勘探、开采、运输、加工等阶段,会导致石油进入土壤环境,造成土壤污染。据统计,我国每年约有6×105吨石油通过各种途径进入环境,石油污染土壤面积高达4.8×106hm2。
石油污染物是一种复杂的有机污染物,对人类具有毒性、诱变性和致癌性,对区域土壤/水体/大气生态环境具有极大的危害。因此,发展高效的石油污染土壤修复方法与技术是该研究领域倍受关注的重要课题。
现有的石油污染土壤修复技术包括物理修复、化学修复、生物修复以及植物修复,其中物理修复法与化学修复在修复石油污染土壤过程中容易造成二次污染,从而使其在应用上受到一定的局限,而生物修复法和植物修复法对石油污染土壤的修复能力有限,很难将土壤中的石油污染物完全消除,因此本发明提出以生物炭负载表面活性剂技术耦合微生物联合植物修复为主的原位修复***,以实现对石油污染土壤的绿色环保修复。
发明内容
本发明提供了一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,解决了物理修复与化学修复在修复石油污染土壤过程中容易造成二次污染,而生物修复法和植物修复法对石油污染土壤的修复能力有限,很难将土壤中石油污染物完全消除的问题。
本发明提供了一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,将生物炭负载表面活性剂施入石油污染土壤表层,并与土壤表层混合均匀,然后静置陈化80天;
其中,生物炭负载表面活性剂的施入量为300-500g/m2;
S2,S1中土壤陈化结束后,往表层土壤上洒水,使其含水量达到50-60%,然后投加酸碱调节剂,调节土壤pH值为7-8,再向土壤中加入石油降解菌剂进行发酵,发酵时间为60-90天;
其中,所述石油降解菌剂的加入量为8-10mL/m3;
S3,S2中土壤发酵结束后,在土壤中种植不同数量比例配置的植物,待植物成熟,将植物整体移除后检测土壤表层中石油污染物的含量;
S4,循环重复S1-S3,直至检测到石油污染土壤表层中石油污染物的含量≤4.5g/kg为止。
优选的,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和生物表面活性剂的混合物。
优选的,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠水溶液、曲拉通x-100水溶液和鼠李糖水溶液按照1:1-2:1的体积比混合而成;
其中,十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为4-5g/L,曲拉通x-100水溶液的浓度为8-9g/L,鼠李糖水溶液的浓度为4-5g/L。
优选的,所述生物炭负载表面活性剂的制备方法如下:
S1,收集植物秸秆,将其干燥后粉碎,备用;
S2,将S1中粉碎后的植物秸秆置于生物炭炉中,于400-450℃下缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,得到生物炭;
S3,将生物炭浸泡到所述表面活性剂中,搅拌1h,搅拌完毕后干燥,即得到所述生物炭负载表面活性剂。
优选的,所述权利要求1的S2中酸碱调节剂为石灰或农家肥。
优选的,所述石油降解菌剂由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1-2:1-3的质量比混合而成,且所述石油降解菌剂中有效活菌数为6×108-8×108个/mL。
优选的,所述权利要求1的S3中种植的植物为芦苇、亚麻、紫花苜蓿、龙葵、狗牙根、高羊茅、向日葵中的任意几种,且各植物均按等数量配比种植。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明以生物炭负载表面活性剂耦合微生物联合植物的整合化学-生物质炭-微生物-植物***来修复石油污染土壤中的石油污染物,生物炭负载表面活性剂在改善土壤物理结构的同时,解吸和脱附土壤中的石油污染物,有助于促进优化配比的复合菌种降解污染物,还有助于合理配置的植物吸收、分解、挥发、固定污染物,同时植物还具有景观美化效果;生物炭及植物根系分泌物可以改善土壤,有利于微生物存活,进而达到有效降解石油污染物的目的。
本发明采用原位修复技术,修复过程中不破坏环境,不带来二次污染,绿色环保,实现了绿色循环修复效果好的复合修复模式。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述实施例中所用的BDB-n生物降解菌、BDB-a生物降解菌、枯草芽孢杆菌均为购买到的现有菌种,不涉及新菌种的开发,只涉及这几种现有菌株的应用。并且,下述实施例中所用的BDB-n生物降解菌、BDB-a生物降解菌均购买自南洋东华工程科技(北京)有限公司;枯草芽孢杆菌具体为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏编号为CGMCC NO.8340的菌株;下述各实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
实施例中BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液均是采用常规方法扩大培养得到菌液或市售的发酵菌液。
实施例1
一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,分别收集水稻秸秆和玉米秸秆,在80℃下烘干后用粉碎机粉碎成1-2cm的段状;然后将上述粉碎后的秸秆混合后置于生物炭炉中,于450℃下缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,制备得生物炭;
将所得生物炭浸泡到由4g/L的十二烷基硫酸钠水溶液、8g/L的曲拉通x-100水溶液、4g/L的鼠李糖水溶液按照体积比为1:1:1混合而成的混合液中,磁力搅拌1h,搅拌结束后在75℃下烘干,即得到生物炭负载表面活性剂;
S2,将生物炭负载表面活性剂按照300g/m2的施入量均匀施入石油污染土壤表层中(表层土壤含水率为20%,石油污染物含量为10.78g/kg,且土壤pH值为5.6),并与表层土壤混合均匀,然后静置陈化80天;
S3,待土壤陈化结束后,往土壤表层均匀洒水,调节其含水量为60%,然后用石灰调节土壤pH值至7.0,再向土壤中加入由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1:1的质量比配制成的石油降解菌剂,且石油降解菌剂中有效活菌数为6×108个/mL,石油降解菌剂加入量为8mL/m3,加入完毕后发酵60天;
S4,待土壤发酵结束后,种植由芦苇、亚麻、紫花苜蓿、狗牙根、高羊茅、向日葵按等数量比配置的植物种子,均匀播种,且播种模式为各种种类的植物交错行播种,即每种植物播种一行后下一行再播种另一种植物,设置株距为10cm,行距为10cm,待植物成熟后,将植物整体移除,同时检测土壤表层中石油污染物的含量;
S5,按照S1-S4的步骤循环修复石油污染土壤,循环5个周期后,土壤中石油污染物含量为1.80g/kg,满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中建设用地土壤污染风险筛选值和管制值(其他项目)中筛选值第二类用地标准。
经过上述处理后,土壤中石油污染物的去除率达到83.3%。
实施例2
一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,分别收集小麦秸秆和油菜秸秆,在78℃下烘干后用粉碎机粉碎成1-2cm的段状;然后将上述粉碎后的秸秆混合后置于生物炭炉中,于400℃缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,制备得生物炭;
将所得生物炭放入由5g/L的十二烷基硫酸钠水溶液、9g/L的曲拉通x-100水溶液、5g/L鼠李糖水溶液按照体积比为1:2:1混合而成的混合液中,磁力搅拌1h,搅拌结束后在75℃下烘干,即得到生物炭负载表面活性剂;
S2,将生物炭负载表面活性剂按照500g/m2的施入量均匀施入石油污染土壤表层中(表层土壤含水率为25%,石油污染物含量为15.36g/kg,且土壤pH值为8.3),并与表层土壤混合均匀,然后静置陈化80天;
S3,待土壤陈化结束后,往土壤表层均匀洒水,调节其含水量为50%,然后用农家肥调节土壤pH值至8.0,再向土壤中加入由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:2:3的质量比配制成的石油降解菌剂,且石油降解菌剂中有效活菌数为8×108个/mL,石油降解菌剂加入量为10mL/m3,加入完毕后发酵90天;
S4,待土壤发酵结束后,种植由亚麻、龙葵、狗牙根、向日葵按等数量比配置的植物种子,均匀播种,且播种模式为各种种类的植物交错行播种,即每种植物播种一行后下一行再播种另一种植物,设置株距为12cm,行距为12cm,待植物成熟后,将植物整体移除,同时检测土壤表层中石油污染物的含量;
S5,按照S1-S4的步骤循环修复石油污染土壤,循环6个周期后,土壤中石油污染物含量为1.95g/kg,满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中建设用地土壤污染风险筛选值和管制值(其他项目)中筛选值第二类用地标准。
经过上述处理后,土壤中石油烃的去除率达87.3%。
为了进一步说明本发明的效果,本发明还设置了对比例,具体如下。
对比例1
一种生物炭耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,分别收集水稻秸秆和玉米秸秆,在80℃下烘干后用粉碎机粉碎成1-2cm的段状;然后将上述粉碎后的秸秆混合后置于生物炭炉中,于450℃下缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,制备得生物炭;
S2,将生物炭按照300g/m2的施入量均匀施入石油污染土壤表层中(表层土壤含水率为20%,石油污染物含量为10.78g/kg,且土壤pH值为5.6),并与表层土壤混合均匀,然后静置陈化80天;
S3,待土壤陈化结束后,往土壤表层均匀洒水,调节其含水量为60%,然后用石灰调节土壤pH值至7.0,再向土壤中加入由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1:1的质量比配制成的石油降解菌剂,且石油降解菌剂中有效活菌数为6×108个/mL,石油降解菌剂加入量为8mL/m3,加入完毕后发酵60天;
S4,待土壤发酵结束后,种植由芦苇、亚麻、紫花苜蓿、狗牙根、高羊茅、向日葵按等数量比配置的植物种子,均匀播种,且播种模式为各种种类的植物交错行播种,即每种植物播种一行后下一行再播种另一种植物,设置株距为10cm,行距为10cm,待植物成熟后,将植物整体移除,同时检测土壤表层中石油污染物的含量;
S5,按照S1-S4的步骤循环修复石油污染土壤,循环5个周期后,土壤中石油污染物含量为5.54g/kg。
经过上述处理后,土壤中石油污染物的去除率达到48.6%。
对比例2
一种表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,将4g/L的十二烷基硫酸钠水溶液、8g/L的曲拉通x-100水溶液、4g/L的鼠李糖水溶液按照体积比为1:1:1混合而成的混合液中,磁力搅拌1h,搅拌结束后在75℃下烘干,即得到表面活性剂;
S2,将表面活性剂按照300g/m2的施入量均匀施入石油污染土壤表层中(表层土壤含水率为20%,石油污染物含量为10.78g/kg,且土壤pH值为5.6),并与表层土壤混合均匀,然后静置陈化80天;
S3,待土壤陈化结束后,往土壤表层均匀洒水,调节其含水量为60%,然后用石灰调节土壤pH值至7.0,再向土壤中加入由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1:1的质量比配制成的石油降解菌剂,且石油降解菌剂中有效活菌数为6×108个/mL,石油降解菌剂加入量为8mL/m3,加入完毕后发酵60天;
S4,待土壤发酵结束后,种植由芦苇、亚麻、紫花苜蓿、狗牙根、高羊茅、向日葵按等数量比配置的植物种子,均匀播种,且播种模式为各种种类的植物交错行播种,即每种植物播种一行后下一行再播种另一种植物,设置株距为10cm,行距为10cm,待植物成熟后,将植物整体移除,同时检测土壤表层中石油污染物的含量;
S5,按照S1-S4的步骤循环修复石油污染土壤,循环5个周期后,土壤中石油污染物含量为4.33g/kg。
经过上述处理后,土壤中石油污染物的去除率达到59.8%。
对比例3
一种微生物植物修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,往石油污染土壤表层(表层土壤含水率为20%,石油污染物含量为10.78g/kg,且土壤pH值为5.6)均匀洒水,调节其含水量为60%,然后用石灰调节土壤pH值至7.0,再向土壤中加入由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1:1的质量比配制成的石油降解菌剂,且石油降解菌剂中有效活菌数为6×108个/mL,石油降解菌剂加入量为8mL/m3,加入完毕后发酵60天;
S2,待土壤发酵结束后,种植由芦苇、亚麻、紫花苜蓿、狗牙根、高羊茅、向日葵按等数量比配置的植物种子,均匀播种,且播种模式为各种种类的植物交错行播种,即每种植物播种一行后下一行再播种另一种植物,设置株距为10cm,行距为10cm,待植物成熟后,将植物整体移除,同时检测土壤表层中石油污染物的含量;
S3,按照S1-S2的步骤循环修复石油污染土壤,循环5个周期后,土壤中石油污染物含量为5.85g/kg。
经过上述处理后,土壤中石油污染物的去除率达到45.7%。
对比例4
一种生物炭负载表面活性剂修复石油污染土壤的方法,包括以下步骤:
S1,分别收集水稻秸秆和玉米秸秆,在80℃下烘干后用粉碎机粉碎成1-2cm的段状;然后将上述粉碎后的秸秆混合后置于生物炭炉中,于450℃下缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,制备得生物炭;
将所得生物炭浸泡到由4g/L的十二烷基硫酸钠水溶液、8g/L的曲拉通x-100水溶液、4g/L的鼠李糖水溶液按照体积比为1:1:1混合而成的混合液中,磁力搅拌1h,搅拌结束后在75℃下烘干,即得到生物炭负载表面活性剂;
S2,将生物炭负载表面活性剂按照300g/m2的施入量均匀施入石油污染土壤表层中(表层土壤含水率为20%,石油污染物含量为10.78g/kg,且土壤pH值为5.6),并与表层土壤混合均匀,然后静置陈化80天,静置陈化结束后检测土壤中石油污染物含量为6.65g/kg。
经过上述处理后,土壤中石油污染物的去除率达到38.3%。
通过实施例1-2和对比例1-4的处理结果可知,实施例1-2的处理效果明显优于对比例1-4。对比例1是在实施例1的基础上,直接采用生物炭耦合微生物植物修复石油污染土壤,由于生物炭上没有负载表面活性剂,因此生物炭对污染土壤中分布的石油污染物的吸收吸附效果有限,同时土壤中石油污染物的生物可利用性也有限,不能大量被微生物和植物利用。
对比例2是在实施例1的基础上,直接采用表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤,表面活性剂能够通过降低土壤与土壤水之间的界面张力,增大石油污染物在水相中的含量,进而提高石油污染物的生物可利用性,从而使微生物和植物能够对其进行高效吸收降解。
对比例3是直接采用微生物植物修复石油污染土壤,单纯的微生物植物修复对土壤中石油污染物的处理效果有限,去除率仅达到45.7%。
对比例4是直接采用生物炭负载表面活性剂修复石油污染土壤,表面活性剂对石油污染物本身并没有吸附或降解作用,生物炭主要起到吸附作用,因此,其对土壤中石油污染物的处理效果不及对比例3,去除率仅达到38.3%。
需要说明的是,本发明中涉及数值范围时,应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用,由于采用的步骤方法与实施例1-4相同,为了防止赘述,本发明描述了优选的实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将生物炭负载表面活性剂施入石油污染土壤表层,并与土壤表层混合均匀,然后静置陈化80天;
其中,生物炭负载表面活性剂的施入量为300-500g/m2;
S2,S1中土壤陈化结束后,往表层土壤上洒水,使其含水量达到50-60%,然后投加酸碱调节剂,调节土壤pH值为7-8,再向土壤中加入石油降解菌剂进行发酵,发酵时间为60-90天;
其中,所述石油降解菌剂的加入量为8-10mL/m3;
S3,S2中土壤发酵结束后,在土壤中种植按不同数量比例配置的植物,待植物成熟,将植物整体移除后检测土壤表层中石油污染物的含量;
S4,循环重复S1-S3,直至检测到石油污染土壤表层中石油污染物的含量≤4.5g/kg为止。
2.根据权利要求1所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和生物表面活性剂的混合物。
3.根据权利要求2所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠水溶液、曲拉通x-100水溶液和鼠李糖水溶液按照1:1-2:1的体积比混合而成;
其中,十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为4-5g/L,曲拉通x-100水溶液的浓度为8-9g/L,鼠李糖水溶液的浓度为4-5g/L。
4.根据权利要求3所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述生物炭负载表面活性剂的制备方法如下:
S1,收集植物秸秆,将其干燥后粉碎,备用;
S2,将粉碎后的植物秸秆置于生物炭炉中,于400-450℃下缺氧热解3h,热解完毕后冷却至室温,得到生物炭;
S3,将生物炭浸泡到所述表面活性剂中,搅拌1h,搅拌完毕后干燥,即得到所述生物炭负载表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述权利要求1的S2中酸碱调节剂为石灰或农家肥。
6.根据权利要求1所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述石油降解菌剂由BDB-n生物降解菌发酵液、BDB-a生物降解菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液按照1:1-2:1-3的质量比混合而成,且所述石油降解菌剂中有效活菌数为6×108-8×108个/mL。
7.根据权利要求1所述的生物炭负载表面活性剂耦合微生物植物修复石油污染土壤的方法,其特征在于,所述权利要求1的S3中种植的植物为芦苇、亚麻、紫花苜蓿、龙葵、狗牙根、高羊茅、向日葵中的任意几种,且各植物均按等数量配比种植。
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