長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法
2023-10-10 10:04:59 1
專利名稱：長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法
技術領域：
本發明屬於資源環境技術領域，具體涉及長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法。
背景技術：
土壤是人類賴以生存的主要物質基礎，隨著工業化、城市化進程，土壤重金屬汙染日益嚴重，其中鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、汞(Hg)、砷(As)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)等是較常見的重金屬汙染。全世界平均每年排放Hg約1.5萬噸，Cu為340萬噸，Pb為500萬噸，Mn為1500萬噸，Ni為100萬噸，嚴重汙染了環境。現在我國受重金屬汙染的農田土壤約2500萬公頃，每年被重金屬汙染的糧食多達1200萬噸，造成的直接經濟損失超過100億元。
土壤的重金屬汙染治理和恢復的難度大，並可經食物鏈層層富集傳播直到人，嚴重影響人類健康。一旦重金屬的消納容量達到飽和，就會成為農業生產中的「定時炸彈」。重金屬汙染土壤修復現已成為世界性的難題，為實現可持續發展，提高改善人類生活，因此，有效地去除土壤中重金屬汙染成為當前一個十分迫切的任務。
現在重金屬汙染土壤的修復主要有工程治理修復、物理化學修復、化學修復、農業修復及生物修復五種方法。前四種方法是比較傳統的治理方法，雖然在實際應用中取得了一定成效，但存在人力與財力耗費大，實施複雜、治理費用高、易引起土壤肥力降低等缺陷，不利於大規模的推廣應用。
近年來生物修復技術治理土壤重金屬汙染成為主流，生物修復包括動物修復、植物修復和微生物修復。其中，植物修復是目前國際國內研究的重點和熱點，國家給予了大量資助，取得了一定成效。植物修復優點易種植、富集量大、可以拔除土壤中的重金屬；植物修復缺點植物生長周期長(草本1年，木本3-5年，嚴重影響農業生產)、後續處理麻煩(焚燒是主體技術，但汙染空氣)、植物又不易腐爛，致使現有的植物修復技術實際上只起一個富集濃縮土壤重金屬離子的作用，重金屬離子從土壤中被吸收轉運到植物體內後，雖然土壤中少了，但重金屬離子還沒有根本從環境中去除，仍然存在於環境中的植物體內，不管是焚燒還是腐爛，植物中富集的重金屬離子又會回到環境或土壤中，最多起個將汙染轉運到其他區域的作用。
上個世紀70年代以來，從選擇環境汙染指示劑和食物安全角度出發，國內外的對蕈菌與重金屬關係進行了大量研究，結果發現蕈菌對重金屬有較強的耐受和富集能力，蕈菌通過直接吸收空氣中漂浮的重金屬或通過菌絲體累積土壤基質中的重金屬(Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等)。
長根菇(Oudermansiella radicata)屬擔子菌亞門、層菌綱、傘菌目、口蘑科、小奧德曼菌屬，中文別名為長根金錢菌、長根奧德蘑、草雞樅、露水雞樅等，是夏秋季節常見的一種土生木腐菌。
金福菇(Tricholoma giganteum Massee/Tricholomalobayensc heim)屬於擔子菌亞門、層菌綱、傘菌目、口蘑料、白蘑屬。中文別名為洛巴伊口蘑、洛巴口蘑、大口蘑等，常在春末至中秋前後種植，是常見的一種土生木腐菌。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術未能從根本上拔除土壤中的重金屬離子的不足，為人們提供一種周期短，易於實施，並能從根本上拔除土壤中重金屬離子的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法。
本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。
本發明的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法是在汙染土壤上同時種植長根菇和金福菇，依靠兩種蘑菇作為生物富集器來超量吸附土壤中的重金屬離子，當菌體成熟後，採收菌體並經攪碎、勻漿、腐爛、過濾得到富含重金屬離子的菇漿液，再採用化學電泳或螯合沉澱方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
上述方案中所述重金屬為環境汙染方面所指的重金屬，主要是指生物毒性顯著的鎘、鉛、鉻，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅等汙染物。
上述方案中，富含重金屬離子的菇漿液經濃縮或不經濃縮或經稀釋後，再採用化學電泳或螯合沉澱方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
上述方案中，化學電泳方法是指用陽極和陰極二電系統電解處理菇漿液，將菇漿液中的重金屬離子還原為金屬。
上述方案中，螯合沉澱方法是指菇漿液經酸化後，加螯合劑進行螯合反應，再加沉澱劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉澱。
上述方案中，去除重金屬離子後的菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵。
本發明的發明人通過大量研究，發現要從根本上拔除土壤中的重金屬離子，必須結合生物修復和化學處理兩種方法；先依靠合適的生物先富集濃縮土壤環境中分散的低濃度的重金屬離子，後將富集了重金屬離子的生物處理成漿液，依靠化學電泳或螯合沉澱等方法將重金屬離子電析出或沉澱出來，這樣才是從環境中拔除出了重金屬汙染。過去從選擇環境汙染指示劑和食物安全領域的研究表明許多蕈菌對重金屬離子具有較強的富集能力，但迄今沒人認識到對重金屬汙染土壤而言，蕈菌就是一個高效生物富集器，蕈菌能方便快速地在重金屬汙染土壤中生長並能高效富集重金屬離子，所以未能將這一知識應用於重金屬汙染土壤的生物修復領域，因此，選擇合適的蕈菌菌種作為生物富集器修復重金屬汙染土壤具有科學原始創新性和實際應用價值。。
由於長根菇和金福菇的生物生長特性相似，如它們出菇的最適溫度都是25℃左右，出菇時需要85％～95％的大氣相對溼度，最適光照強度為300勒克斯左右，pH要求都為中性，田間管理也相對簡單，且都對重金屬有很強的富集能力。採取間種的方式來治理受汙染的土壤，比起單一種植，更能夠綜合利用它們各自對不同重金屬富集的能力，更快更多的富集土壤重金屬，對多種重金屬汙染的土地能達到很好的效果，所以長根菇和金福菇聯合修復重金屬汙染土壤是很好的一種方法。
本發明技術具有如下優點本發明以長根菇與金福菇為主要生物富集器，充分利用兩種菇能在同時在相似土壤條件下生長，生物量較大，生長周期短(2-3個月)，田間栽培技術成熟，富集重金屬離子能力強、可以吸附多種重金屬特點，綜合利用它們各自對不同重金屬富集的能力，更快更多地富集土壤重金屬；在重金屬汙染土壤裡大量混合間種栽培兩種蘑菇，收集成熟的蘑菇製成菇漿液，通過化學電泳或螯合沉澱等簡單成熟的化學方法電析出或沉澱出重金屬離子，從環境中完全去除重金屬汙染，土壤耕作層重金屬汙染平均去除率可達60～90％。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明，本發明不僅限於所述實施例實施例一本例是在汙染土壤上聯合種植長根菇與金福菇來原位富集土壤中的鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)等金屬離子。
修復工藝過程菇培養基料配製→基料發酵→菇菌種製備→發酵基料在土壤中鋪底→兩種菇間種於汙染土壤(汙染土壤原位修復)→菇生長並富集重金屬→出菇採收→富集了重金屬的菇製備菇漿液→菇漿液放入塑料材質電泳槽中，調節pH值和電解液→電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統，接通直流穩壓電源，調節電壓→電解析出菇漿液中的金屬離子(鎘、鉛、鉻、銅、鋅)→析出金屬附著電泳槽陰極表面上成為合金→去除重金屬離子後的菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵。
1.培養料配製與菌種製備(1)長根菇配方(栽培袋)棉籽殼35％，麥皮25％，闊葉樹木屑38％，糖和碳酸鈣各1％，含水量68％。
先將棉籽殼預溼，至含水量為75％左右，第二天，按照配方，把預溼的棉籽殼、木屑、麥皮、糖水和碳酸鈣混合攪拌均勻，把含水量調至68％。將上述混合均勻的料裝入聚乙烯塑膠袋，至料高15釐米，乾重約在0.4-0.45千克。料中間打一直徑約1.5-2釐米的洞，接種時菌種塊放入洞中。在室溫22-27℃下培養60天，一般菌袋料面的氣生菌絲會轉成褐色，此是菌袋中菌生理成熟的標誌。
(2)金福菇配方(栽培袋)稻草78％棉籽殼18％石灰2％石膏1％過磷酸鈣1％。
將稻草切成3～5釐米長，置水池中加入生石灰，浸泡24～30小時撈起，然後同經預溼的棉籽殼，並加石灰、過磷酸鈣、石膏粉，進行建堆發酵。堆料發酵時間10～15天，中間翻堆2～3次。培養料含水量60％～65％。滅菌前pH 7～8。將經過處理的培養料裝入塑膠袋中，然後在100℃保持5～6小時，停加熱後繼續悶12～28小時，卸袋散熱冷卻。
當袋內料溫降至25℃左右時進行接菌。採用兩端播種法，接過菌種的培養袋，採取牆式疊袋，累疊4～5層，中間留有通風道。當菌種萌發，菌絲長到1/2袋後，將袋口松解，使氧氣透進袋內，經過30～40天培養，菌絲長滿袋，進入生理成熟期。
2.覆土栽培與原位修復在上述長根菇菌種袋的不同側面割2-3個滲水口，以防積水於袋內。開好的菌種袋排放於重金屬汙染土壤中，覆土厚度約蓋住菌種袋2-3釐米為佳，保持土壤含水量約65％左右。在溫度適合時，約15-30天就可現蕾。
將上述發滿菌絲的金福菇菌種袋，脫掉薄膜，讓其由營養生長轉入生殖生長階段。此時即可覆土。把菌種袋排放於重金屬汙染土壤中，並覆上3～4釐米土。最後噴水，並在覆土上蓋茅草或報紙保溼。一般覆土後8～12天，白色菌絲爬上土面。
由於覆土是採取兩種菇間種的方式，可以對兩種菇分別採取不同的覆土方式，以保證它們的出菇條件。間種方法採取以每平方米為單位(或根據具體情況具體選擇)，相間種植長根菇與金福菇，避免它們之間競爭營養，影響各自的出菇。
3.後續處理約3個月後，長根菇和金福菇成熟，平均畝產鮮菇5800kg。採收菇，攪碎、勻漿、腐爛、、過濾，每千克混合鮮菇(長根菇和金福菇)稀釋成0.7升菇漿液，菇漿液中各種金屬離子含量為含鎘量為178.6毫克/升，含鉛量為454.3毫克/升，含鉻量為90.3毫克/升，含銅量為428.6毫克/升，含鋅量為480毫克/升。
菇漿液放入塑料材質電泳槽中，調節菇漿液的pH值，調節電解液，電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統，接通直流穩壓電源，調節電壓，電解，將長根菇和金福菇菇漿液中的鉛、鉻、銅、鋅金屬離子還原為金屬並附著電泳槽陰極表面上，得到合金。去除重金屬離子後的長根菇和金福菇菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵。
本例中，長根菇和金福菇對對Cd的平均富集量可達125mg/kg，對鉛(Pb)的平均富集量可達318毫克/千克(乾重)，對鉻(Cr)的平均富集量可達63毫克/千克(乾重)，對銅(Cu)平均富集量可達300毫克/千克(乾重)，對鋅(Zn)平均富集量可達336毫克/千克(乾重)。採用長根菇和金福菇對1畝汙染土壤進行聯合修復，富集Cd重量為1035.9克，富集Pb重量為2634.9克，對Cr的富集量523.7克，對Cu富集量2485.9克，對Zn富集量2784克，可拔出土壤可耕作層75～85％的汙染重金屬。
本例中，應根據長根菇和金福菇生長發育對溫度條件的要求來安排季節和修復地址，適合我國中部、南部、東部大部分地區，長根菇和金福菇子實體分化與發育的最適溫度都為20～28℃，因此出菇季節最好安排在秋季8～9月或春季的3～5月份，各地應根據當地氣候資料，選擇春秋季節氣溫穩定在25℃左右，作為出菇月份，以此為界限，倒計時推進50～60天，作為最佳接種期。
實施例二本例是採用箱式多區栽培系統異位拔除重金屬(移土種菇修復)。通過收集重金屬汙染土壤，進行長根菇與金福菇的覆土培養，來富集土壤中的鉛、鉻、銅、鋅等金屬離子。
修復工藝過程菇培養基料配製→基料發酵→菇菌種製備→發酵基料在箱式框土壤中鋪底→收集重金屬汙染土壤層→汙染土壤異位覆土間種栽菇長根菇與金福菇→蘑菇生長並富集重金屬→出菇採收→富集了重金屬的蘑菇製備菇漿液→菇漿液放入塑料材質電泳槽中，調節pH值和電解液→電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統，接通直流穩壓電源，調節電壓→電解析出菇漿液中的金屬離子(鉛、鉻、銅、鋅)→析出金屬附著電泳槽陰極表面上成為合金→去除重金屬離子後的菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵→修復后土壤的歸田。
1.培養料配製與菌種製備同實施例一。
2.箱式覆土異位修復(1)箱式覆土移取待修復的重金屬土壤，進行適當處理，使其團粒結構較好，土粒直徑0.5-2cm為宜。覆土土壤滅菌後用石灰水調節pH7.2-7.5。修復過程是在選定的塑料或木質箱式框內分別裝入長根菇與金福菇的去袋菌種，先覆粗土，待菌絲爬土後再覆細土，總厚度3-3.5cm，含水量18-20％。
(2)出菇管理覆土後13天左右，菌絲爬至細土中層，調節溫度至22℃以下，噴結菇水，約1kg/m2，連續2-3天，並加強通風。爾後停水2-3天，減少通風促進原基分化和子實體形成，產菇期間要保持覆土層溼潤。
3.後續處理(同實施例一)本例採用箱式多區栽培系統，將前後發酵、菌絲培養、出菇階段等分別置於最適的溫度(長根菇和金福菇子實體分化與發育的最適溫度都為20～28℃)、溼度室內，不受外界條件限制，並配有送料、播種、覆土裝置，年栽培次數可高達5-6次，應用範圍廣，適合修復局部嚴重汙染的良田土壤。
實施例三本例是採用箱式多區栽培系統異位拔除重金屬(移土種菇修復)。通過收集重金屬汙染土壤，進行長根菇與金福菇的覆土培養，來富集土壤中的鉛、鉻、銅、鋅等金屬離子。
本例修復工藝除後續處理外，其餘同實施例二。
本例的後續處理工序如下約3個月後，長根菇與金福菇成熟，採收蘑菇，攪碎、勻漿、腐爛、過濾，每kg鮮菇製成0.8L菇漿液，加Na2S2O5/H2SO4酸化後(pH2～3)，加螯合劑/NaOH(pH8～9)進行螯合反應，再加沉澱劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉澱。沉降分離去除重金屬離子化合物沉澱後的菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵。
權利要求
1.一種長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於在汙染土壤上同時種植長根菇和金福菇，依靠兩種蘑菇作為生物富集器來超量吸附土壤中的重金屬離子，當菌體成熟後，採收菌體並經攪碎、勻漿、腐爛、過濾得到富含重金屬離子的菇漿液，再採用化學電泳或螯合沉澱方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
2.根據權利要求1所述的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於所述重金屬為環境汙染方面所指的重金屬，指生物毒性顯著的鎘、鉛、鉻、鋅或銅。
3.根據權利要求1所述的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於所述富含重金屬離子的菇漿液經濃縮或不經濃縮或經稀釋後，再採用化學電泳或螯合沉澱方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
4.根據權利要求1或3所述的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於所述化學電泳方法是指用陽極和陰極二電系統電解處理菇漿液，將菇漿液中的重金屬離子還原為金屬。
5.根據權利要求1或3所述的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於所述螯合沉澱方法是指菇漿液經酸化後，加螯合劑進行螯合反應，再加沉澱劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉澱。
6.根據權利要求1所述的長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，其特徵在於所述去除重金屬離子後的菇漿液加入到沼氣池中，用於沼氣發酵。
全文摘要
本發明屬於資源環境技術領域中的一種長根菇與金福菇聯合修復重金屬汙染土壤的方法，是在汙染土壤上同時種植長根菇和金福菇，當菌體成熟後，採收菌體並經處理得到富含重金屬離子的菇漿液，再採用化學電泳或螯合沉澱方法將菇漿液中的重金屬離子去除。本發明以長根菇與金福菇為主要生物富集器，充分利用兩種菇能在同時在相似土壤條件下生長，生長周期短，田間栽培技術成熟，富集重金屬離子能力強等特點，結合化學電泳或螯合沉澱等簡單成熟的化學方法，從環境中完全去除重金屬離子。
文檔編號C02F1/62GK101088642SQ200710049530
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月17日 優先權日2007年7月17日
發明者徐恆, 陳坤, 雷雨, 季金虎, 辜文博, 姬凌雲 申請人:四川大學