一种重金属污染土壤的电动-微生物联合修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及重金属污染土壤的电动-微生物联用处理技术及其装置，属于土壤修复技术领域。
【背景技术】
[0002]在我国城市化和城居环境的改善过程中，因产业结构升级、城市布局调整以及污染扰民等企业搬迀而遗留在城市区域的工业污染场地，严重地威胁了周边环境和居民健康。据统计，2001-2008年，我国关停并转迀企业数由6611迅速增加到22488个，总数达到10万个以上。2008年，北京、天津、上海、重庆这4个直辖市关停并转迀企业数分别占当年工业企业数的0.68%，0.50%, 2.78%, 2.66%。大量工业场地遗址，以及将来随城市化推进和产业结构调整而不断出现的工业遗址，尤其是发达地区的重污染行业遗留工业场地，是我国城市必须面对的社会、经济和生态环境问题。
[0003]污染场地修复技术是决定污染场地修复成败的关键环节。目前，虽然开发了较多污染土壤修复方法，但部分技术因二次风险、修复周期、及其他限制条件而不适宜在工业污染场地中使用。如焚烧过程中容易产生二噁英已被限制应用；植物修复技术因其修复深度和修复周期的局限很少应用于工业污染场地。因此，目前对于城市工业污染场地的修复，有两个重要的发展方向:1、发展高效、廉价、绿色和低能耗的修复技术。如微生物修复技术通过自然界本身存在的发生过程而消除污染，且在修复过程中不破坏土壤的结构和生态功能，不产生二次污染，具有廉价"绿色"低能耗的特点。2、应用多种修复技术集成的解决方案治理土壤污染，如联合微生物/植物和电动力学修复技术。
[0004]微生物修复技术是微生物对重金属元素具有一定的适应和耐受能力，在土壤中重金属的有机化过程中，土壤微生物对重金属具有吸收和吸附作用，或者通过微生物改变环境条件，从而改变金属元素形态而降低金属元素的毒性、增强金属元素的迀移能力。Komarova等研宄了巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)对铅、镲、钴水溶液的吸附作用，结果表明通过微生物对重金属的吸收或吸附作用，土壤中可溶性态的镍转化为弱专性吸附态或有机结合态镍，减少了土壤中镍的毒性。微生物在这些重金属环境中形成了一系列体内体外抗性耐性机制，包括保护性机制、细胞内隔离机制、主动外排系统机制、酶脱毒机制以及生物甲基化、挥发作用、氧化还原作用进行生物转化，根据上述微生物的特性发展形成的微生物采矿技术、重金属废水的处理技术、燃煤脱硫技术等，已经在生产实践中得到应用，并取得了良好的经济、社会和环境效益。因此，这也使得利用微生物进行重金属污染土壤的治理成为可能。
[0005]电动法具有高效、快速、适宜于黏性土壤以及对环境不会产生大的扰动等优点，受到了广泛关注。电动修复技术作为一种主动修复技术，能够取得良好的修复效果。电动法与渗透反应墙(PRB)联用可以通过PRB (如零价铁、活性炭、粉煤灰、沸石等多种活性材料)吸附固定通过动电迀移至两极的污染物，省去动电的污染物抽取系统，优化动电系统修复性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种重金属污染土壤的电动-微生物联合修复方法。
[0007]1、一种重金属污染物土壤的电动-微生物联合修复方法，其特征在于有如下的过程和步骤:
(a)预先选定特定的微生物菌种，选取污染土壤，现场取样后实验分析土壤中重金属含量，其中重金属镉污染浓度最高，达到了 100mg/kg，选取镉为目标重金属；通过污染土壤筛菌培养，发现嗜酸氧化硫硫杆菌为优势菌并进行耐受性驯化；筛选土著微生物并对其进行重金属耐受性驯化，并考察微生物对重金属的活化效果；后将微生物菌种培养于液体培养基中，将筛选出的微生物菌群培养繁殖制作成菌剂后保存备用；
(b)在电动装置即电解槽中处理；加入上述特制菌剂于实验土壤样品中，将土壤样品放在有机玻璃透明槽体的电解槽内，对微生物进行15天左右的培养，使菌群活化重金属；然后采用单向电极运行，在电压梯度为lV/cm条件下进行通电10天；通电结束后在采样区移除土壤，进而获得移除重金属镉的土壤。
[0008]2、一种重金属污染土壤的电动-微生物联合修复方法所用的装置为普通常用的电解槽装置；包括有反应槽、阳极、阴极、直流电源；电动装置即电解反应槽采用有机玻璃材料，电极材料采用石墨电极材料，电解槽内设有电极凹槽，固定电极；槽内放有待处理土壤样品。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的复合电动-微生物修复装置示意图。
【具体实施方式】
[0010]在本实施例中，采用复合电动-微生物修复装置，参见附图1其包括直流电源、石墨电极板和有机玻璃反应槽；反应槽长度为200 mm，宽度90 mm，电极板厚度4 mm，将1.5 kg土壤样品平铺于电解反应槽中，高度约50 mm，实验中电解槽土壤样品为人工污染土壤，其中镉(Cd2+)污染物浓度为100 mg/kg?将直流电源与电极板相连接。在本实施例中，对上海市宝山南大地区工厂遗留地取样，发现污染土壤样品中镉金属含量最高，达到100 mg/kg,选取镉为目标重金属。从土壤中筛选微生物，嗜酸氧化硫硫杆菌为优势菌种，且对目标污染物镉(Cd)具有活化作用，富集纯化后放置于培养基中，其组成成分为:0.2g (NH4)2SO4.0.5gMgSO4.CaCl2oKH2PO4oFeSO4;菌液投加到土壤样品中培养15天。微生物培养结束后采用IV/cm的电压梯度通电，通电时间为10天。后侧的土壤中锦(Cd2+)浓度降为62.5 mg/kg去除率为37.5%。对比试验中单独使用电动修复技术，去除率仅为19.3%。
【主权项】
1.一种重金属污染物土壤的电动-微生物联合修复方法，其特征在于有如下的过程和步骤: (a)预先选定特定的微生物菌种，选取污染土壤，现场取样后实验分析土壤中重金属含量，其中重金属镉污染浓度最高，达到了 100mg/kg，选取镉为目标重金属；通过污染土壤筛菌培养，发现嗜酸氧化硫硫杆菌为优势菌并进行耐受性驯化；筛选土著微生物并对其进行重金属耐受性驯化，并考察微生物对重金属的活化效果；后将微生物菌种培养于液体培养基中，将筛选出的微生物菌群培养繁殖制作成菌剂后保存备用； (b)在电动装置即电解槽中处理；加入上述特制菌剂于实验土壤样品中，将土壤样品放在有机玻璃透明槽体的电解槽内，对微生物进行15天左右的培养，使菌群活化重金属；然后采用单向电极运行，在电压梯度为lV/cm条件下进行通电10天；通电结束后在采样区移除土壤，进而获得移除重金属镉的土壤。
2.一种重金属污染土壤的电动-微生物联合修复方法所用的装置为普通常用的电解槽装置；包括有反应槽、阳极、阴极、直流电源；电动装置即电解反应槽采用有机玻璃材料，电极材料采用石墨电极材料，电解槽内设有电极凹槽，固定电极；槽内放有待处理土壤样品O
【专利摘要】本发明涉及一种重金属污染土壤的电动-微生物联合修复方法及装置。所述装置包括预处理系统、直流稳压电源、电动电极以及后处理系统。本发明装置上设有阴阳极电解池，直接将电极插入土壤中，使技术更贴近实际，稳压直流电源直接与电极中的石墨板连接。电动预处理系统包括对土著微生物的培养、驯化。电动-微生物土壤修复技术可达到高效、快速解决常规土壤修复技术处理成本高、易造成二次污染等难题。
【IPC分类】B09C1-08, B09C1-10
【公开号】CN104801537
【申请号】CN201510163849
【发明人】何池全, 杨学城, 孙潇凯, 何佳颖, 尚海, 龙梦玲, 梁霞, 陈雪萍
【申请人】上海大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月9日