一种利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法
【专利摘要】本发明属于土壤重金属污染修复【技术领域】，具体涉及一种铬污染土壤的修复方法。该方法原理主要是通过将污泥、秸秆、铬污染土壤和复合菌种BYM混合发酵，利用微生物发酵过程中所产生的生物酶、有机糖等物质将土壤中六价铬还原为三价铬，然后通过种植铬超积累植物来彻底清除土壤中铬污染物。与现有技术相比，本发明属于一种原位修复技术，投资小、运行成本低，对环境扰动最小，且能够改善土壤板结度、增加土壤松散度，还能提高土壤中有机质含量，有利于修复后土壤植物生长。
【专利说明】一种利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤重金属污染修复【技术领域】，具体涉及一种铬污染土壤的修复方法。
【背景技术】
[0002]随着工业化的推进，经济发展过程中产生的环境问题逐渐引起人们的关注，近些年来，大气、水、土壤环境的重金属污染及治理、修复问题已经逐渐成为了人们关注的焦点。其中，由于土壤中污染物成分复杂、处理难度大、成本高等问题，土壤重金属污染治理与修复是目前重金属污染修复研究的热点与难点。
[0003]土壤重金属污染是指由于自然活动或者人类活动而引起的重金属在土壤中的累积量明显高于土壤环境背景值，而致使土壤环境质量下降和农田生态环境恶化的现象。导致土壤污染的重金属主要包括Cr、Mn、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等,有单一重金属形成的污染，也有几种重金属形成的复合污染。环境中较为常见的重金属污染主要是复合污染。
[0004]铬污染是重金属污染中较为常见的一种。铬通常以稳定的三价和六价两种价态存在于自然环境中，土壤中六价铬通常以CrO42-和Cr2O72-形式存在，具有较高的活性，很难被土壤胶体所吸附，因此对生物产生较强的毒害作用；而三价铬主要以Cr (H2O)63+Xr(OH)2+等形式存在，活性较低，极易被土壤胶体吸附而形成沉淀，对生物的毒性相对较小。
[0005]铬在环境中的迁移和转化是非常活跃的，可以在大气、水体、土壤和生物间迁移。土壤中的铬主要有三个来源，即城市污水处理厂污泥的农用、含铬污水的灌溉、含铬废渣堆存及含铬尘粒的沉降等。在这三种来源的铬污染中，目前我国受到的铬污染主要来自于含铬废渣堆存场地。
[0006]当土壤受到铬污染后`，会导致土壤退化、农作物减产，严重者寸草不生，失去生态功能。因此，必须对受到铬污染的土壤进行修复。
[0007]目前，对于土壤中铬污染的修复方法主要分为传统修复和生物修复。传统的修复方法主要是物理、化学方法，主要有客土法、化学清洗、化学还原和电动修复等。但是由于被铬渣污染的土壤中含有大量的有毒物质六价铬，六价铬易溶于水，渗透性强，且土壤中含有大量的杂草枯木、沙石及生活垃圾等，分离难度大，处理成本高，使用传统的修复方法很难达到高效率、低能耗、低投入的修复效果。
【发明内容】
[0008]本发明目的在于提供一种微生物修复六价铬污染土壤的方法。
[0009]本发明所采用的技术方案如下:
一种利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法，包括以下步骤:
(I)将污泥、秸杆、铬污染土壤和复合菌种BYM混合均匀，混合过程中可添加水使混合均匀的物料的含水率保持在35%~60% ；
所述污泥为城镇生活污水处理厂含水率为60%~80%的污泥；所述稻杆为粉碎后的农作物稻杆，为小麦稻杆、玉米稻杆、花生稻杆、木屑或锯末中一种或任意几种任意比例的混合物；
所述铬污染的土壤中六价铬含量为3(Tl000mg/kg ；
所述复合菌种BYM来自日本磐亚株式会社-酵素菌世界社，原菌按1: 100培育成扩大菌使用；
(2)将步骤(1)混合均匀的物料原位堆集，进行好氧发酵，发酵10-30天，期间保持物料含水率在35%~60%之间；
(3)检测土壤中六价铬低于30mg/kg土壤时，微生物修复完成。
[0010]步骤(1)中各物料按质量比，污泥:秸杆:复合菌种BYM:铬污染土壤=0.4-0.6:0.05~0.15: 0.ΟΟ1-Ο.005: I。
[0011]步骤(2)中原位堆集深度为0.3~lm。
[0012]步骤(3)中微生物修复完成后，针对修复完成的土壤进行复垦，播种铬超积累植物，如高羊茅、李氏禾、蒲公英等，富集、清除土壤中铬污染物。
[0013]本发明在物料混合过程中所添加的复合菌种BYM属于一种微生物复合菌种，是从微生物生产农肥中分离出的3类共23种有益菌，这3类分别是细菌、酵母菌和丝状菌。该复合菌种的繁殖和代谢能力很强，其在发酵过程中会产生具有还原性的生物酶，从而将六价铬还原成三价铬；另一方面，添加该复合菌种的物料在发酵过程中，与土壤中其他微生物共同作用，通过分解污泥、秸杆中的有机质，产生大量的水溶性有机物如大分子的腐殖质、小分子有机酸、糖类、氨基酸等，这些水溶性有机物不仅可以还原六价铬，而且可以络合、螯合三价铬，从而降低土壤中铬的生物活性和毒性。
[0014]需要说明的是，本发明所提供的土壤修复方法，所针对的土壤修复深度一般为
0.3^1m,即混合物料的堆集高度在0.3~lm ;当受污染的土壤深度超过Im进行原位修复时，需要根据土壤空气中氧气含量和六价铬的降解速度进行翻堆，以补充土壤中氧气含量，满足菌种的好氧需要。
[0015]经过实验检验，采用本发明所提供的铬污染土壤修复方法修复后的土壤，六价铬含量低于30mg/kg，甚至无法检出，满足《土壤环境质量标准》(修订)(GB 15618-2008) 土壤无机污染物的环境质量第二级标准值中农业用地关于六价铬的标准要求。当采用微生物修复后土壤中总铬含量高于350mg/kg时，可进一步采取植物修复技术降低土壤中总铬含量，以达到《土壤环境质量标准》(修订)(GB 15618-2008) 土壤无机污染物的环境质量第二级标准值中农业用地关于总铬的标准要求，恢复土壤的农用功能。
[0016]本发明相较于现有技术，具有成本低、原位修复、效果好等优点，具体为:
(1)相对于现有的物理、化学修复，微生物-植物修复过程简单，操作方便，而且投资和运行费用较低，且该种修复方式对环境的扰动最小，不会带来二次污染，最大限度的保留和恢复了土壤的生态功能；
(2)在对铬污染土壤进行微生物修复过程中，物料中的秸杆和污泥都有利于改善土壤板结情况，能够有效增加土壤松散程度，便于土壤中空气流通，有利于土壤中微生物和植物的生长繁殖；
(3)混合物料中秸杆和污泥中均含有大量的有机质成分，在发酵过程中会产生大量的腐殖质、蛋白质、糖类等营养物质，提高土壤中的有机质含量，有利于修复后土壤的植物生长；而且物料混合过程中添加了复合菌种BYM，促进土壤微生物的增殖，提高土壤中微生物的数量，进而改善土壤生态系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为铬污染土壤的微生物一植物修复方法工艺流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
[0019]实施例1
如图1所示，本发明所提供的微生物一植物联合修复铬污染土壤的方法，包括物料混合、微生物发酵将六价铬还原成三价铬、植物富集去除三价铬等三个步骤，具体阐释如下。
[0020]( I)物料混合
从受六价铬污染的土壤中挖掘IOOOkg含六价铬污染的土壤，土壤挖掘深度为0.3mO挖掘完成后，分拣出土壤中的石块和其他杂物，经检测，土壤中六价铬含量为300mg/kg左右。
[0021]将IOOOkg 土壤、500kg污泥、50kg稻杆通过混料机进行充分混合，在混合过程中投加5kg的复合菌种BYM扩大菌。本实施例所用污泥来自城市生活污水处理厂的污泥，其含水率在80%左右；秸杆使用的是粉碎后的小麦秸杆，秸杆粉碎后的长度在5?20mm之间。物料充分混合后，呈现团状。
[0022]( 2 )微生物修复(好氧发酵)
混合后的物料在污染场地原位堆集。由于本实施例的土壤挖掘深度较浅，底部还有受到铬污染的土壤，为了防止底部的铬污染物对本实施例的影响，在混合物料的底部铺设有塑料膜防渗层。
[0023]混合物料中由于添加了一定量的污泥和秸杆，本实施例中原位堆集高度为0.5m。堆集完成后即进入好氧发酵阶段。
[0024]在物料的堆集发酵过程中，定期检测六价铬含量、含水率及土壤空气中氧气浓度。在本实施例堆集发酵过程中，为确保最佳修复效果，需确保土壤空气中氧气含量保持在10%(体积比)以上；另外每天针对堆集体喷洒适量水，以维持混合物料的含水率在35%飞0%之间。
[0025]经过7天的发酵后，取堆集体不同部位的土壤样本，检测其中的六价铬含量，发现六价铬含量在0.5"4mg/kg的范围，15天后,土壤中六价铬已无法检出。
[0026](3) 土壤复垦
将修复完成的土壤平整，复耕，播撒高羊茅种子，3天后，有部分种子开始发芽，至7天后，修复场地全部长出高羊茅。生长I个月后，观察高羊茅生长情况良好。此现象说明，经过微生物修复后，受到六价铬污染的土壤已经基本恢复植物生长功能。
[0027]高羊茅作为一种铬超积累植物，可较为有效的富集土壤中的三价铬，待高羊茅地上生物量最大时，即可通过收获高羊茅的植物体地上部分来彻底清除土壤中的铬污染物。而收获的富集有铬污染物的高羊茅则可进一步通过焚烧、掩埋等手段进行无害化处理，以降低对环境的危害。
[0028]本发明中复合菌种BYM的投加量是根据污泥和秸杆的投加量确定的，污泥和秸杆中的有机物为菌种的生长繁殖提供营养，污泥和秸杆投加量加大时，菌种相应加大投加量。采用与实施例1相同的微生物一植物联合修复铬污染土壤的方法，通过调整污泥、秸杆和菌种的投加量及调整微生物发酵修复时间，经过验证，最高时可以修复六价铬含量在1000mg/kg 的土壤。
[0029]需要说明的是，当土壤中六价铬被还原成三价铬且总铬含量低于350mg/kg时，不需进一步的植物修复就可以满足《土壤环境质量标准》(修订)(GB 15618-2008)中关于农业用地的标准限值；当土壤中总铬含量在350mg/kg之上时，微生物修复完成后需要种植铬超积累植物以吸收、转化、富集土壤中的三价铬，实施微生物-植物联合修复，实现土壤中总铬含量的降低，以达到《土壤环境质量标准》(修订)(GB 15618-2008)中农业用地关于总铬的标准要求；当土壤中总铬含量高于1000mg/kg时，当微生物修复完成后，使用植物修复，降低土壤中总铬含量，以达到《土壤环境质量标准》(修订)(GB 15618-2008)中工业用地、商业用地关于总铬的标准限值，来满足土壤修复后不同的使用目的。
【权利要求】
1.一种利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法，包括以下步骤: (1)将污泥、秸杆、铬污染土壤和复合菌种BYM混合均匀，混合过程中添加水使物料的含水率保持在359^60% ； 所述污泥为城镇生活污水处理厂含水率为80%的污泥； 所述稻杆为粉碎后的农作物稻杆，为小麦稻杆、玉米稻杆、花生稻杆、木屑或锯末中一种或任意几种任意比例的混合物； 所述铬污染的土壤中六价铬含量为3(Tl000mg/kg ； 所述复合菌种BYM来自日本磐亚株式会社-酵素菌世界社，原菌按1: 100培育成扩大菌使用； (2)将步骤(1)混合均匀的物料原位堆集，进行好氧发酵，发酵10-30天，期间保持物料含水率在35%~60%之间； (3)检测土壤中六价铬低于30mg/kg土壤时，微生物修复完成。
2.如权利要求1所述利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中各物料按质量比，污泥:秸杆:复合菌种BYM:铬污染土壤=0.4、.6:0.05~0.15: 0.ΟΟ1-Ο.005: I。
3.如权利要求1所述利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中原位堆集深度为0.3~lm。
4.如权利要求1所述利用微生物发酵来修复六价铬污染土壤的方法，其特征在于，步骤(3)中微生物修复完成后，针对修复完成的土壤进行复垦，播种铬超积累植物。
【文档编号】B09C1/10GK103495602SQ201310454849
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】李顺灵, 潘志恒, 黄立志, 袁明涛, 李万灵, 燕战军, 齐水莲, 施龙, 王静 申请人:河南金谷实业发展有限公司