CN111533615A - 一种修复高含油黏土的组合物及其修复方法 - Google Patents

一种修复高含油黏土的组合物及其修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种修复高含油黏土的组合物及其修复方法。所述组合物包括牛粪5～10份、沙土40～50份、植物碎屑5～10份、亚甲基尿素0.5～1份、卵磷脂1～1.5份、Tween80 0.3～0.5份、复合微生物菌剂5～8份，通过向改性土壤中添加不动杆菌、无色杆菌和铜绿假单胞菌组成的复合微生物菌剂，质量比为5:1:5。所述组合物能降低土壤含油量和土壤粘度，增强黏土颗粒中的石油转移到牛粪和植物碎屑上，使微生物能很好地生存并修复改性后的土壤，加强土壤后期的生态恢复。

Description

一种修复高含油黏土的组合物及其修复方法
技术领域
本发明属于高含油粘性土壤处理、土壤修复技术领域，具体涉及的是一种用于高含油粘性土壤的改性及微生物修复方法。
背景技术
在采矿，运输和精炼过程中，大量的石油可能泄漏并造成持久的环境破坏。全世界每年开采近30亿吨石油，其中800万吨将流入环境中，以生产多达10亿吨受污染的土壤和污泥。石油是一种易于与土壤结合并降低土壤孔隙度的疏水性物质，尤其是高含油黏土与水结合会形成粘性土块，导致常规的修复技术不能有效的修复此类污染土壤。此时的石油化合物阻止植物根部对养分的吸收,从而导致多种植物死亡，并进一步加剧污染程度，导致污染很难被自然地降解。因此，有必要采取有效的修复方法来处理那些被污染的土壤。从节能，环保，高效，无二次污染的社会观念出发，微生物修复技术被认为是修复油污土壤的一种有前途的方法。此外，微生物修复可以大大提高土壤肥力，并有助于恢复土壤的生态多样性。尽管可以在大自然的各个部分获得降解石油的细菌，但由于营养和环境的限制，微生物活性仍然很低。作为改变土壤中微生物降解活性的一种方法，生物刺激可以满足微生物的代谢要求，并通过向土壤中添加养分来增强微生物降解活性。近来，已经报道了许多研究通过使用刺激技术来提高土壤中石油碳氢化合物的微生物降解效率。结果表明，生物刺激可以有效增加土壤中微生物的数量和降解石油化合物的效率。本申请发明人通过添加一定比例的牛粪、沙土、植物碎屑、Tween80、卵磷脂和亚甲基尿素来降低土壤含油量和粘度，使含油粘土更加疏松且富有营养，为后期的微生物修复提供合适的环境和动力，通过实验表明修复效果明显提升，并进一步完成发明。
发明内容
本发明的目的之一提供了一种修复高含油黏土的组合物。
本发明的另一目的在提供了修复高含油黏土的的方法。
本发明还有一目的是提供了一种修复高含油黏土的组合物的用途。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种能够明显改善土壤结构，具有保水保肥功效，促进植物的养分吸收，减少重金属的吸收，改善作物品质的土壤调理剂及其制备方法。
其技术方案为：
一种修复高含油黏土的组合物，其包括如下重量份的原料：牛粪5～10份、沙土40～50份、植物碎屑5～10份、亚甲基尿素0.5～1份、卵磷脂1～1.5份、Tween800.3～0.5份、复合微生物菌剂5～8份。
所述复合微生物菌剂由不动杆菌、铜绿假单胞菌和无色杆菌组成。
所述不动杆菌、无色杆菌和铜绿假单胞菌的质量比为5:1:5。
优选地，牛粪5～10份、沙土40～50份、植物碎屑5～10份、亚甲基尿素0.5～1份、卵磷脂1～1.5份、Tween800.3～0.5份、复合微生物菌剂5～8份。
一种修复高含油黏土的方法，其使用所述的组合物。
优选地，所述修复高含油黏土的方法，包括下述步骤：
(1)使用堆肥后的干燥牛粪，烘干，粉碎过筛，制得粪渣；
(2)将沙土过筛；
(3)将植物树叶，风干，破碎；
(4)将高含油黏土与沙土混合均匀，加入粪渣与植物碎屑，混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合；
(5)添加亚甲基尿素；
(6)将复合菌剂加入到步骤(5)的土壤中去，混合均匀。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)使用堆肥后的干燥牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量1～5％，粉碎过5～10目筛，制得粪渣；
(2)沙土的含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用25～30目筛子过筛；
(3)将植物树叶风干并使用破碎机破碎至1～2mm粒径大小；
(4)将40～50份高含油黏土与40～50份沙土混合均匀，加入牛粪5～10份与植物碎屑5～10份，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤上的石油烃；
(5)添加亚甲基尿素0.5～1份；
(6)将构建的复合微生物菌剂5～8份加入到改性的土壤中去，再一次混合。
所述可用于环保，优选在修复高油黏土方面的用途。
进一步地，所述修复和制备方法包括以下步骤：
(1)选用新疆牛场长期堆肥的牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量1～5％，粉碎过5～10目筛，制得粪渣；
(2)沙土使用新疆戈壁沙土，其含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用25～30目筛子过筛；
(3)植物碎屑采用堆腐的杨树叶子，风干并使用破碎机破碎至1～2mm粒径大小；
(4)将40～50份的高含油黏土与40～50份沙土混合均匀，加入牛粪5～10份与植物碎屑5～10份，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤上的石油烃。
(5)添加含亚甲基尿素0.5～1份的营养液，进一步改善土壤营养环境。
(6)此时将构建的复合菌剂5～8份加入到改性的土壤中去，再一次混合，并测量土壤含水量保持在25％。
本发明属于高含油粘性土壤处理、土壤修复技术领域，具体涉及的是一种用于高含油粘性土壤微生物修复的方法。其中，将堆肥的干燥牛粪和细沙加入高含油黏土中能很好地降低土壤粘性和含油率，然后添加的植物碎屑能帮助土壤稳定疏松度，为微生物菌剂的存活提供合适的环境，并刺激微生物进一步提高对石油的降解效率。亚甲基尿素的添加改善了含油黏土匮乏的氮源含量，通过其他营养液的添加进一步均衡土壤营养，添加的营养物质能被干燥的牛粪吸收，增加土壤的保湿保肥能力，降低营养流失，而此时的牛粪能在表面活性剂的帮助下吸附土壤中的石油烃，有利于微生物更好的修复石油污染。
本发明的有益效果：
(1)本发明针对高含油黏土(含油率≤9％)的改性方法原材料易得，操作方法简单有效，成本低廉，环保无污染；
(2)本实验采用土壤改性方法能增强土壤中石油烃的转移，提高微生物对黏土中的石油污染物去除，有助于后期土壤的生态恢复。
(3)复配的复合菌剂中各菌株之间无拮抗作用，能有效的降解土壤中的大部分烃类物质。
附图说明
图1是红外测油仪标准曲线；
图2是菌株生长曲线；
图3是无菌剂石油烃GC-MS图谱；
图4是混合菌剂对石油烃降解GC-MS图谱。
实施例
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的原料和溶剂均为市售产品。
从石油污染土壤中分离出的石油降解细菌在无菌LB培养基中于恒温培养箱振动器(180rpm，35℃，24h，型号80501)上培养。通过将溶液重复离心(9000rpm，4℃，15分钟，离心机型号TG20G)，倾析上清液并将其重悬于无菌盐溶液(0.85％)中三遍来纯化细菌。将制备的细菌溶液在紫外分光光度计下测定波长时600时的吸光度值(OD600)，将铜绿假单胞菌与无色杆菌和不动杆菌分别富集培养、离心后使用生理盐水制作成OD600＝0.8～1.2的菌悬液，按菌悬液体积5：1：5混合制作成混合菌剂备用，最后将菌液添加到每个实验组的土壤中。
如图2所示，几株单菌在培养基中的生长量呈现S型生长，混合菌(不动杆菌、无色杆菌、铜绿假单胞菌)生长曲线也为S型增长，说明此时混合菌株之间不存在拮抗作用，表现出较高的细菌生长量。通过图3和图4降解效果的对比，发现混合菌的降解效果很明显，可以将三株细菌作为混合菌降解石油污染物。综合可得，这三株细菌无论是在独立还是混合条件下，表现出很高的生物活性，可以用作治理石油污染的修复菌剂。
土壤组分比例如下表所示：
Figure BDA0002436858760000061
实施例1：
一种高含油黏土的改性及微生物修复方法，使用如下所述的组合物：牛粪10份、沙土40份、植物碎屑10份、亚甲基尿素1份、卵磷脂1.5份、Tween800.5份。
其制备和修复方法包括以下步骤：
(1)选用新疆牛场长期堆肥的牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量4％，粉碎过5目筛，制得粪渣；
(2)沙土使用新疆戈壁沙土，其含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用30目筛子过筛；
(3)植物碎屑采用堆腐的杨树叶子，风干并使用破碎机破碎至2mm粒径大小；
(4)将45份的高含油黏土(含油率：8.61％)与40份沙土混合均匀，加入植物碎屑10份和10份牛粪，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤上的石油烃。
(5)添加含亚甲基尿素1份的营养液，进一步改善土壤营养环境，并测量土壤含水量保持在25％。
实施例2：
一种高含油黏土的改性及微生物修复方法，使用如下所述的组合物：牛粪10份、沙土40份、植物碎屑10份、亚甲基尿素1份、卵磷脂1份、Tween800.5份、复合微生物菌剂5份。
其制备和修复方法包括以下步骤：
(1)选用新疆牛场长期堆肥的牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量4％，粉碎过5目筛，制得粪渣；
(2)沙土使用新疆戈壁沙土，其含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用30目筛子过筛；
(3)植物碎屑采用堆腐的杨树叶子，风干并使用破碎机破碎至2mm粒径大小；
(4)将45份的高含油黏土(含油率：8.61％)与40份沙土混合均匀，加入牛粪10份与植物碎屑10份，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤中的石油烃。
(5)添加含亚甲基尿素1份的营养液，进一步改善土壤营养环境。
(6)此时将构建的复合菌剂5份加入到改性的土壤中去，再一次混合，并测量土壤含水量保持在25％。
实施例3：
一种高含油黏土的改性及微生物修复方法，使用如下所述的组合物：牛粪10份、沙土45份、植物碎屑5份、亚甲基尿素1份、卵磷脂1份、Tween800.5份、复合微生物菌剂5份。
其制备和修复方法包括以下步骤：
(1)选用新疆牛场长期堆肥的牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量4％，粉碎过5目筛，制得粪渣；
(2)沙土使用新疆戈壁沙土，其含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用＝30目筛子过筛；
(3)植物碎屑采用堆腐的杨树叶子，风干并使用破碎机破碎至2mm粒径大小；
(4)将45份的高含油黏土(含油率：5.25％)与45份沙土混合均匀，加入牛粪10份与植物碎屑5份，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤上的石油烃。
(5)添加含亚甲基尿素1份的营养液，进一步改善土壤营养环境。
(6)此时将构建的复合菌剂5份加入到改性的土壤中去，再一次混合，并测量土壤含水量保持在25％。
效果实验1：含油量和石油烃
在生物修复过程中，通过傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪(Thermo iS5，NicoletInstrument Corporation，美国)测量土壤中总石油烃(TPH)的含量。用CCl4作为提取溶剂，通过超声波细胞破碎仪(JY88-IIN，宁波西恩茨生物技术有限公司)提取土壤中的油，并将提取过程重复3次，每次15分钟。使用CCl4作为参比溶液，将萃取液用CCl4稀释至100mL，然后转移至4cm的比色器中以测量土壤中的石油浓度。使用下述公式计算石油浓度：
v＝1－c1/c2×100％
其中，v—原油降解率，％。
c1—原始土壤样品中原油的总烃类含量，mg/L。
c2—实验组中原油的总烃类含量，mg/L。
效果实验2：种子发芽率和蚯蚓存活率
在每个实验组中将修复后的60g土壤转移到培养皿中。将合格的饱满，大小均匀且未破裂的种子(小麦，红豆)用氯酸钠涂抹在室温下进行灭菌，并将每种种子取十粒，分别种植在培养皿中。将培养皿置于温度为25℃，湿度为50％的恒温湿度室中。培养皿上覆盖有透气膜，以防止表面水分过度流失。每10小时添加蒸馏水，观察到种子的生长。记录每个处理过的种子的发芽数，其中明显的胚壳破裂(变白)为发芽种子。连续三天没有出现新的发芽种子，这表明发芽过程已经结束，发芽率一式三份地计算出来。
将80g修复过的试验组土壤置于棕色广口瓶中。选择重量为220～260mg的健康蚯蚓，用无菌水洗涤并用滤纸干燥。在每个实验土壤中放置十只蚯蚓，并用透气膜密封棕色广口瓶，以防止蚯蚓爬出。3d和6d后观察到蚯蚓的存活数。使用针刺来确定测试中的蚯蚓是否有生命迹象。实验结束后，再次称重每个实验组的蚯蚓。
实验结果如下表所示：
Figure BDA0002436858760000101

Claims (8)

1.一种修复高含油黏土的组合物，其特征在于包括如下重量份的原料：牛粪5～10份、沙土40～50份、植物碎屑5～10份、亚甲基尿素0.5～1份、卵磷脂1～1.5份、Tween800.3～0.5份、复合微生物菌剂5～8份。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述复合微生物菌剂由不动杆菌、铜绿假单胞菌和无色杆菌组成。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于：所述不动杆菌、无色杆菌和铜绿假单胞菌的质量比为5:1:5。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于包括如下重量份的原料：牛粪5～10份、沙土40～50份、植物碎屑5～10份、亚甲基尿素0.5～1份、卵磷脂1～1.5份、Tween800.3～0.5份、复合微生物菌剂5～8份。
5.一种修复高含油黏土的方法，其特征在于：使用权利要求1-4任一所述的组合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)使用堆肥后的干燥牛粪，烘干，粉碎过筛，制得粪渣；
(2)将沙土过筛；
(3)将植物树叶，风干，破碎；
(4)将高含油黏土与沙土混合均匀，加入粪渣与植物碎屑，混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合；
(5)添加亚甲基尿素；
(6)将铜绿假单胞菌与无色杆菌和不动杆菌分别富集培养、离心后使用生理盐水制作成OD600＝0.8～1.2的菌悬液，按菌悬液体积5：1：5混合制作成混合菌剂备用。
(7)将复合菌剂加入到步骤(5)的土壤中去，混合均匀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)使用堆肥后的干燥牛粪，其含量指标为：总有机质含量(干基)140g/Kg，将其烘干到含水量1～5％，粉碎过5～10目筛，制得粪渣；
(2)沙土的含量指标为总有机质含量(干基)32g/Kg，挑去植物残体，使用25～30目筛子过筛；
(3)将植物树叶风干并使用破碎机破碎至1～2mm粒径大小；
(4)将40～50份高含油黏土与40～50份沙土混合均匀，加入牛粪5～10份与植物碎屑5～10份，再次混合均匀，此时添加Tween80及卵磷脂再一次均匀混合，使这两种表面活性剂充分地和土壤中的石油烃接触，乳化和洗脱土壤中的石油烃，此时的干基牛粪能很好地吸附土壤上的石油烃；
(5)添加亚甲基尿素0.5～1份；
(6)将构建的复合微生物菌剂5～8份加入到改性的土壤中去，再一次混合。
8.权利要求1-4任一所述的组合物在环保方面的用途，优选在修复高油黏土方面的用途。
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