一種利用微生物納米材料原位修復鎘污染土壤的方法與流程

文檔序號:18232244發布日期:2019-07-20 01:32

本發明涉及一種微生物納米材料修復重金屬鎘污染土壤的方法。

技術背景

2014年4月17日環境保護部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》公示,重金屬鎘的點位超標率高達7%,為無機污染物中的首要污染物,部分農用旱地存在重金屬鎘的超標。旱地鎘污染的土壤中種植出的食用作物鎘超標現象屢見:2017年7月河南省新鄉市鳳泉區的小麥中鎘超標達12.8倍。2017年國家計生委和食品藥品監督管理總局修訂的國標《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762~2017)規定:食品中鎘限量指標:谷物中鎘0.1mg/kg;新鮮蔬菜(葉菜蔬菜)0.05mg/kg。2018年生態環境部和國家市場監督管理總局發布的《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618~2018)規定了不同pH的土壤中鎘的含量為:1.5mg/kg(pH≤5.5)、2.0mg/kg(5.5<pH≤6.5)、3.0mg/kg(6.5<pH≤7.5)、4.0mg/kg(pH>7.5),要求嚴格把控農用土壤的重金屬含量,種植出合格的農產品。

近年來對鎘污染土壤的修復方法較多,各有利弊??屯练ㄍㄟ^向污染土壤中添加潔凈土壤,以降低污染物的濃度;但其未從根本上減除土壤污染。植物修復法直接利用植物把受污染土地的污染物進行移除、分解或圍堵,但其周期長。淋洗法的工程量大,且會產生淋洗液的二次污染?;瘜W鈍化法需向土壤中加入較多的鈍化劑(化學物),會嚴重的影響土壤肥力。

微生物修復鎘污染的土壤,以其費用低、周期短、操作簡單、處理效果較好,并且不易造成二次污染等特點受到關注。但現有的微生物修復鎘污染的土壤的處理效果還有待提高。如中國專利申請號CN201610370434.X介紹了一種基于沼渣的對鎘重污染場地的原位及異位耦合解毒鎘污染方法,其向土壤中加入的附屬微生物培養材料較多,修復條件高,時間較長。



技術實現要素:

本發明的目的是提供一種利用微生物納米材料原位修復鎘污染土壤的方法,該方法無二次污染產生、所需的微生物培養材料少、修復時間短、操作方便,修復成本低。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是,一種利用微生物納米材料原位修復鎘污染土壤的方法,其步驟是:

A、復合菌的配制

將脫硫弧菌(Desul foribrio sp.)、脫硫腸狀菌(Desul fotomaculum sp.)、脫硫桿菌(Desul fobacterium sp.)和脫硫球菌(Desul fococcus sp.)按35~55:10~15:30~60:7~10的質量比例,配制成復合菌;

B、復合菌的培養

將A步配制的復合菌在厭氧培養器中,用硫酸鹽還原菌培養物進行厭氧培養,得培養物;其具體的培養參數為:溫度30~44℃,pH4.5~9.5,培養時間20~40小時;

C、懸浮劑的配制

將B步培養得到的復合菌及其代謝產物、營養物一起作為微生物納米材料,加水配制成微生物納米材料懸浮劑,微生物納米材料懸浮劑中的菌體數目為0.8×107~1.2×107個/ml;

D、鎘污染土壤的修復

對鎘污染的土壤進行翻耕,翻耕的同時灌注微生物納米材料懸浮劑,灌注量為每平米土壤灌注50~500L微生物納米材料懸浮劑;

7~15天后重復上述的翻耕灌注,翻耕灌注的總次數為2~4次。

本發明使用的脫硫弧菌:形狀為(0.5~1)μm×(3~5)μm的彎曲桿狀,極生鞭毛,無芽孢,革蘭氏陰性。脫硫腸狀菌:形狀為大小在(0.3~1.5)μm×(3~6)μm的桿狀端圓,有時呈葡萄鏈狀,周身鞭毛運動,有孢子,革蘭氏陰性。脫硫桿菌:形狀為大小在(0.5~1.0)μm×(3.0~5.0)μm的卵形或桿形,無孢子,革蘭氏陰性。脫硫球菌:形狀為大小在(0.25~1.2)μm×(2.0~4.0)μm的球形,葡萄形,有時兩球相疊,不運動,革蘭陰性。

以上四種菌種均為已有公知菌種。

與現有技術相比,本發明的有益效果是:

一、本發明篩選出將脫硫弧菌(Desul foribrio sp.)、脫硫腸狀菌(Desul fotomaculum sp.)、脫硫桿菌(Desul fobacterium sp.)和脫硫球菌(Desulfococcus sp.)按特定比例,配制成復合菌微生物納米材料。經χ~射線吸收能譜儀等檢測分析表明:該納米材料中的復合菌及其代謝產物能與土壤中一、二、三價鎘反應,在Fe2+的作用下,將一價鎘氧化為二價鎘、三價鎘還原為二價鎘;二價鎘再與復合菌及其代謝產物中含有的負二價硫離子反應生成多硫化鎘(CdS3、CdS4)沉淀。多硫化鎘不溶于水,在土壤中溶解度極小,不會被作物吸收;從而將有效態的一、二、三價鎘鈍化、固化為無效態的多硫化鎘,解除土壤中鎘的有效性和毒性,實現鎘污染土壤的原位修復。其對鎘的鈍化、固化修復效果好;測試表明,本方法對鎘污染的土壤中的不穩定鎘的鈍化固化率達97.5%。

二、本發明篩選出的四種已知菌種的生物風險性已經得到驗證,不會對生物造成危害,無有毒物質、無二次污染產生。

三、本發明操作方便,在進行土壤翻耕時,同時灌注懸浮劑即可完成修復操作;使用的生物材料為納米級,比表面積大,通過翻耕使土壤全面、充分接觸微生物納米材料,對鎘的修復效率高、作用時間快,只需14~60天即可實現對鎘污染土壤的修復,修復成本低。

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細的說明。

具體實施方式

實施例1

一種利用微生物納米材料原位修復鎘污染的土壤的方法,其步驟:

A、復合菌的配制

將脫硫弧菌(Desul foribrio sp.)、脫硫腸狀菌(Desul fotomaculum sp.)、脫硫桿菌(Desul fobacterium sp.)和脫硫球菌(Desul fococcus sp.)按45:12:45:8的質量比例,配制成復合菌;

B、復合菌的培養

將A步配制的復合菌在厭氧培養器中,用硫酸鹽還原菌培養物進行厭氧培養,得培養物;其具體的培養參數為:溫度37℃,pH7,培養時間28小時;

C、懸浮劑的配制

將B步培養得到的復合菌及其代謝產物、營養物一起作為微生物納米材料,加水配制成微生物納米材料懸浮劑,微生物納米材料懸浮劑中的菌體數目為1×107個/ml;

D、鎘污染土壤的修復

對鎘污染的土壤進行翻耕,翻耕的同時灌注微生物納米材料懸浮劑,灌注量為每平米土壤灌注250L微生物納米材料懸浮劑;

10天后重復上述的翻耕灌注,翻耕灌注的總次數為3次。

采用本例的方法對總鎘濃度為6.8mg/kg的土壤進行鎘污染的土壤修復。對修復后的土壤,采用收集雨水對土壤進行淋洗,檢測出淋洗液中鎘的含量為0.02mg/L;而采用同樣量雨水對未被修復的同樣量的同一土壤的淋洗液中鎘的檢出量為0.8mg/L??梢?,修復后土壤中雨水淋洗出的鎘明顯降低,本方法對鎘污染的土壤中的不穩定鎘的鈍化固化率為97.5%。

實施例2

一種利用微生物納米材料原位修復土壤鎘污染的方法,其步驟:

A、復合菌的配制

將脫硫弧菌(Desul foribrio sp.)、脫硫腸狀菌(Desul fotomaculum sp.)、脫硫桿菌(Desul fobacterium sp.)和脫硫球菌(Desul fococcus sp.)按55:15:30:7的質量比例,配制成復合菌;

B、復合菌的培養

將A步配制的復合菌在厭氧培養器中,用硫酸鹽還原菌培養物進行厭氧培養,得培養物;其具體的培養參數為:溫度44℃,pH9.5,培養時間40小時;

C、懸浮劑的配制

將B步培養得到的復合菌及其代謝產物、營養物一起作為微生物納米材料,加水配制成微生物納米材料懸浮劑,微生物納米材料懸浮劑中的菌體數目為0.8×107個/ml;

D、鎘污染土壤的修復

對鎘污染的土壤進行翻耕,翻耕的同時灌注微生物納米材料懸浮劑,灌注量為每平米土壤灌注50L微生物納米材料懸浮劑;

7天后重復上述的翻耕灌注,翻耕灌注的總次數為4次。

采用本例的方法對總鎘濃度為5.58mg/kg的土壤進行鎘污染的土壤修復。對修復后的土壤,直接種植四季小白菜。小白菜成熟后檢測小白菜地上部分的重金屬總鎘含量0.01mg/kg,優于國標規定的葉菜蔬菜中鎘的含量0.05mg/kg。;未進行修復的同塊土壤種植的成熟后小白菜地上部分的重金屬總鎘含量為2.32mg/kg,超出國標規定含量45倍。

可見,本例的修復方法將小白菜的鎘含量減低了99.6%((2.32~0.01)÷2.32)。

實施例3

一種利用微生物納米材料原位修復土壤鎘污染的方法,其步驟:

A、復合菌的配制

將脫硫弧菌(Desul foribrio sp.)、脫硫腸狀菌(Desul fotomaculum sp.)、脫硫桿菌(Desul fobacterium sp.)和脫硫球菌(Desul fococcus sp.)按35:10:60:10的質量比例,配制成復合菌;

B、復合菌的培養

將A步配制的復合菌在厭氧培養器中,用硫酸鹽還原菌培養物進行厭氧培養,得培養物;其具體的培養參數為:溫度30℃,pH4.5,培養時間20小時;

C、懸浮劑的配制

將B步培養得到的復合菌及其代謝產物、營養物一起作為微生物納米材料,加水配制成微生物納米材料懸浮劑,微生物納米材料懸浮劑中的菌體數目為1.2×107個/ml;

D、鎘污染土壤的修復

對鎘污染的土壤進行翻耕,翻耕的同時灌注微生物納米材料懸浮劑,灌注量為每平米土壤灌注500L微生物納米材料懸浮劑;

15天后重復上述的翻耕灌注,翻耕灌注的總次數為2次。

采用本例的方法對總鎘濃度為3.92mg/kg的土壤進行鎘污染的土壤修復。對修復后的土壤,播種冬小麥,待小麥成熟后,收集小麥籽粒進行檢測,測得小麥籽粒中的重金屬總鎘含量為未檢出—0.01mg/kg,優于國標規定的谷物中鎘的含量0.1mg/kg;未進行修復的小麥籽粒中的重金屬總鎘含量為0.23mg/kg,超出國標規定含量130%。本例的修復方法將小麥的鎘含量減低了95.7%以上。

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