一種利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法

2023-12-12 19:03:47

一種利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法
【專利摘要】本發明屬於土壤重金屬汙染修復【技術領域】，具體涉及一種鉻汙染土壤的修複方法。該方法原理主要是通過將汙泥、秸稈、鉻汙染土壤和複合菌種BYM混合發酵，利用微生物發酵過程中所產生的生物酶、有機糖等物質將土壤中六價鉻還原為三價鉻，然後通過種植鉻超積累植物來徹底清除土壤中鉻汙染物。與現有技術相比，本發明屬於一種原位修復技術，投資小、運行成本低，對環境擾動最小，且能夠改善土壤板結度、增加土壤鬆散度，還能提高土壤中有機質含量，有利於修復后土壤植物生長。
【專利說明】一種利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於土壤重金屬汙染修復【技術領域】，具體涉及一種鉻汙染土壤的修複方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業化的推進，經濟發展過程中產生的環境問題逐漸引起人們的關注，近些年來，大氣、水、土壤環境的重金屬汙染及治理、修復問題已經逐漸成為了人們關注的焦點。其中，由於土壤中汙染物成分複雜、處理難度大、成本高等問題，土壤重金屬汙染治理與修復是目前重金屬汙染修復研究的熱點與難點。
[0003]土壤重金屬汙染是指由於自然活動或者人類活動而引起的重金屬在土壤中的累積量明顯高於土壤環境背景值，而致使土壤環境質量下降和農田生態環境惡化的現象。導致土壤汙染的重金屬主要包括Cr、Mn、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等,有單一重金屬形成的汙染，也有幾種重金屬形成的複合汙染。環境中較為常見的重金屬汙染主要是複合汙染。
[0004]鉻汙染是重金屬汙染中較為常見的一種。鉻通常以穩定的三價和六價兩種價態存在於自然環境中，土壤中六價鉻通常以CrO42-和Cr2O72-形式存在，具有較高的活性，很難被土壤膠體所吸附，因此對生物產生較強的毒害作用；而三價鉻主要以Cr (H2O)63+Xr(OH)2+等形式存在，活性較低，極易被土壤膠體吸附而形成沉澱，對生物的毒性相對較小。
[0005]鉻在環境中的遷移和轉化是非常活躍的，可以在大氣、水體、土壤和生物間遷移。土壤中的鉻主要有三個來源，即城市汙水處理廠汙泥的農用、含鉻汙水的灌溉、含鉻廢渣堆存及含鉻塵粒的沉降等。在這三種來源的鉻汙染中，目前我國受到的鉻汙染主要來自於含鉻廢渣堆存場地。
[0006]當土壤受到鉻汙染後`，會導致土壤退化、農作物減產，嚴重者寸草不生，失去生態功能。因此，必須對受到鉻汙染的土壤進行修復。
[0007]目前，對於土壤中鉻汙染的修複方法主要分為傳統修復和生物修復。傳統的修複方法主要是物理、化學方法，主要有客土法、化學清洗、化學還原和電動修復等。但是由於被鉻渣汙染的土壤中含有大量的有毒物質六價鉻，六價鉻易溶於水，滲透性強，且土壤中含有大量的雜草枯木、沙石及生活垃圾等，分離難度大，處理成本高，使用傳統的修複方法很難達到高效率、低能耗、低投入的修復效果。

【發明內容】

[0008]本發明目的在於提供一種微生物修復六價鉻汙染土壤的方法。
[0009]本發明所採用的技術方案如下:
一種利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法，包括以下步驟:
(I)將汙泥、秸杆、鉻汙染土壤和複合菌種BYM混合均勻，混合過程中可添加水使混合均勻的物料的含水率保持在35%~60% ；
所述汙泥為城鎮生活汙水處理廠含水率為60%~80%的汙泥；所述稻杆為粉碎後的農作物稻杆，為小麥稻杆、玉米稻杆、花生稻杆、木屑或鋸末中一種或任意幾種任意比例的混合物；
所述鉻汙染的土壤中六價鉻含量為3(Tl000mg/kg ；
所述複合菌種BYM來自日本磐亞株式會社-酵素菌世界社，原菌按1: 100培育成擴大菌使用；
(2)將步驟(1)混合均勻的物料原位堆集，進行好氧發酵，發酵10-30天，期間保持物料含水率在35%~60%之間；
(3)檢測土壤中六價鉻低於30mg/kg土壤時，微生物修復完成。
[0010]步驟(1)中各物料按質量比，汙泥:秸杆:複合菌種BYM:鉻汙染土壤=0.4-0.6:0.05~0.15: 0.ΟΟ1-Ο.005: I。
[0011]步驟(2)中原位堆集深度為0.3~lm。
[0012]步驟(3)中微生物修復完成後，針對修復完成的土壤進行復墾，播種鉻超積累植物，如高羊茅、李氏禾、蒲公英等，富集、清除土壤中鉻汙染物。
[0013]本發明在物料混合過程中所添加的複合菌種BYM屬於一種微生物複合菌種，是從微生物生產農肥中分離出的3類共23種有益菌，這3類分別是細菌、酵母菌和絲狀菌。該複合菌種的繁殖和代謝能力很強，其在發酵過程中會產生具有還原性的生物酶，從而將六價鉻還原成三價鉻；另一方面，添加該複合菌種的物料在發酵過程中，與土壤中其他微生物共同作用，通過分解汙泥、秸杆中的有機質，產生大量的水溶性有機物如大分子的腐殖質、小分子有機酸、糖類、胺基酸等，這些水溶性有機物不僅可以還原六價鉻，而且可以絡合、螯合三價鉻，從而降低土壤中鉻的生物活性和毒性。
[0014]需要說明的是，本發明所提供的土壤修複方法，所針對的土壤修復深度一般為
0.3^1m,即混合物料的堆集高度在0.3~lm ;當受汙染的土壤深度超過Im進行原位修復時，需要根據土壤空氣中氧氣含量和六價鉻的降解速度進行翻堆，以補充土壤中氧氣含量，滿足菌種的好氧需要。
[0015]經過實驗檢驗，採用本發明所提供的鉻汙染土壤修複方法修復後的土壤，六價鉻含量低於30mg/kg，甚至無法檢出，滿足《土壤環境質量標準》(修訂)(GB 15618-2008) 土壤無機汙染物的環境質量第二級標準值中農業用地關於六價鉻的標準要求。當採用微生物修復后土壤中總鉻含量高於350mg/kg時，可進一步採取植物修復技術降低土壤中總鉻含量，以達到《土壤環境質量標準》(修訂)(GB 15618-2008) 土壤無機汙染物的環境質量第二級標準值中農業用地關於總鉻的標準要求，恢復土壤的農用功能。
[0016]本發明相較於現有技術，具有成本低、原位修復、效果好等優點，具體為:
(1)相對於現有的物理、化學修復，微生物-植物修復過程簡單，操作方便，而且投資和運行費用較低，且該種修複方式對環境的擾動最小，不會帶來二次汙染，最大限度的保留和恢復了土壤的生態功能；
(2)在對鉻汙染土壤進行微生物修復過程中，物料中的秸杆和汙泥都有利於改善土壤板結情況，能夠有效增加土壤鬆散程度，便於土壤中空氣流通，有利於土壤中微生物和植物的生長繁殖；
(3)混合物料中秸杆和汙泥中均含有大量的有機質成分，在發酵過程中會產生大量的腐殖質、蛋白質、糖類等營養物質，提高土壤中的有機質含量，有利於修復后土壤的植物生長；而且物料混合過程中添加了複合菌種BYM，促進土壤微生物的增殖，提高土壤中微生物的數量，進而改善土壤生態系統。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為鉻汙染土壤的微生物一植物修複方法工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例對本發明做進一步的解釋說明。
[0019]實施例1
如圖1所示，本發明所提供的微生物一植物聯合修復鉻汙染土壤的方法，包括物料混合、微生物發酵將六價鉻還原成三價鉻、植物富集去除三價鉻等三個步驟，具體闡釋如下。
[0020]( I)物料混合
從受六價鉻汙染的土壤中挖掘IOOOkg含六價鉻汙染的土壤，土壤挖掘深度為0.3mO挖掘完成後，分揀出土壤中的石塊和其他雜物，經檢測，土壤中六價鉻含量為300mg/kg左右。
[0021]將IOOOkg 土壤、500kg汙泥、50kg稻杆通過混料機進行充分混合，在混合過程中投加5kg的複合菌種BYM擴大菌。本實施例所用汙泥來自城市生活汙水處理廠的汙泥，其含水率在80%左右；秸杆使用的是粉碎後的小麥秸杆，秸杆粉碎後的長度在5?20mm之間。物料充分混合後，呈現團狀。
[0022]( 2 )微生物修復(好氧發酵)
混合後的物料在汙染場地原位堆集。由於本實施例的土壤挖掘深度較淺，底部還有受到鉻汙染的土壤，為了防止底部的鉻汙染物對本實施例的影響，在混合物料的底部鋪設有塑料膜防滲層。
[0023]混合物料中由於添加了一定量的汙泥和秸杆，本實施例中原位堆集高度為0.5m。堆集完成後即進入好氧發酵階段。
[0024]在物料的堆集發酵過程中，定期檢測六價鉻含量、含水率及土壤空氣中氧氣濃度。在本實施例堆集發酵過程中，為確保最佳修復效果，需確保土壤空氣中氧氣含量保持在10%(體積比)以上；另外每天針對堆集體噴灑適量水，以維持混合物料的含水率在35%飛0%之間。
[0025]經過7天的發酵後，取堆集體不同部位的土壤樣本，檢測其中的六價鉻含量，發現六價鉻含量在0.5"4mg/kg的範圍，15天後,土壤中六價鉻已無法檢出。
[0026](3) 土壤復墾
將修復完成的土壤平整，復耕，播撒高羊茅種子，3天後，有部分種子開始發芽，至7天後，修復場地全部長出高羊茅。生長I個月後，觀察高羊茅生長情況良好。此現象說明，經過微生物修復後，受到六價鉻汙染的土壤已經基本恢復植物生長功能。
[0027]高羊茅作為一種鉻超積累植物，可較為有效的富集土壤中的三價鉻，待高羊茅地上生物量最大時，即可通過收穫高羊茅的植物體地上部分來徹底清除土壤中的鉻汙染物。而收穫的富集有鉻汙染物的高羊茅則可進一步通過焚燒、掩埋等手段進行無害化處理，以降低對環境的危害。
[0028]本發明中複合菌種BYM的投加量是根據汙泥和秸杆的投加量確定的，汙泥和秸杆中的有機物為菌種的生長繁殖提供營養，汙泥和秸杆投加量加大時，菌種相應加大投加量。採用與實施例1相同的微生物一植物聯合修復鉻汙染土壤的方法，通過調整汙泥、秸杆和菌種的投加量及調整微生物發酵修復時間，經過驗證，最高時可以修復六價鉻含量在1000mg/kg 的土壤。
[0029]需要說明的是，當土壤中六價鉻被還原成三價鉻且總鉻含量低於350mg/kg時，不需進一步的植物修復就可以滿足《土壤環境質量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中關於農業用地的標準限值；當土壤中總鉻含量在350mg/kg之上時，微生物修復完成後需要種植鉻超積累植物以吸收、轉化、富集土壤中的三價鉻，實施微生物-植物聯合修復，實現土壤中總鉻含量的降低，以達到《土壤環境質量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中農業用地關於總鉻的標準要求；當土壤中總鉻含量高於1000mg/kg時，當微生物修復完成後，使用植物修復，降低土壤中總鉻含量，以達到《土壤環境質量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中工業用地、商業用地關於總鉻的標準限值，來滿足土壤修復後不同的使用目的。
【權利要求】
1.一種利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法，包括以下步驟: (1)將汙泥、秸杆、鉻汙染土壤和複合菌種BYM混合均勻，混合過程中添加水使物料的含水率保持在359^60% ； 所述汙泥為城鎮生活汙水處理廠含水率為80%的汙泥； 所述稻杆為粉碎後的農作物稻杆，為小麥稻杆、玉米稻杆、花生稻杆、木屑或鋸末中一種或任意幾種任意比例的混合物； 所述鉻汙染的土壤中六價鉻含量為3(Tl000mg/kg ； 所述複合菌種BYM來自日本磐亞株式會社-酵素菌世界社，原菌按1: 100培育成擴大菌使用； (2)將步驟(1)混合均勻的物料原位堆集，進行好氧發酵，發酵10-30天，期間保持物料含水率在35%~60%之間； (3)檢測土壤中六價鉻低於30mg/kg土壤時，微生物修復完成。
2.如權利要求1所述利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法，其特徵在於，步驟(1)中各物料按質量比，汙泥:秸杆:複合菌種BYM:鉻汙染土壤=0.4、.6:0.05~0.15: 0.ΟΟ1-Ο.005: I。
3.如權利要求1所述利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法，其特徵在於，步驟(2)中原位堆集深度為0.3~lm。
4.如權利要求1所述利用微生物發酵來修復六價鉻汙染土壤的方法，其特徵在於，步驟(3)中微生物修復完成後，針對修復完成的土壤進行復墾，播種鉻超積累植物。
【文檔編號】B09C1/10GK103495602SQ201310454849
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】李順靈, 潘志恆, 黃立志, 袁明濤, 李萬靈, 燕戰軍, 齊水蓮, 施龍, 王靜 申請人:河南金谷實業發展有限公司