一种微生物、植物、生物炭协同修复土壤重金属污染的方法_2

文档序号:9427699阅读:来源:国知局
明特征及其它相关特征作进一步详细说明,以便于同行业 技术人员的理解: 趋磁细菌的提取方法:将南京锁金村污水处理厂的活性污泥与已经过灭菌降至室 温的富集培养基按1 :2的体积比混合均匀,放入广口瓶中,用已灭菌的纱布封住瓶口, 28°C静置避光培养30 d,用趋磁细菌收集器收集趋磁细菌(具体参考:刘琚,周培国,张齐 生.趋磁细菌处理含Cu、Zn废水的应用研究[J].环境科技,2013(26)4:20-24)。将收 集的趋磁细菌按照10%的接种量,接种到富集培养基,静止避光、23°C下、当菌液浓度达到 7. OX 10s~5. OX IO9个/mL的时候,测定吸附重金属的性能,具体如下: 取菌液l〇ml,加到100mL的Pb2+离子含量20mg/L、Cd3+离子含量0· lmg/L、Zn 3+离子 含量40mg/L、Cu3+离子含量10mg/L、Fe3+离子含量50mg/L的溶液中28°C下培养2h,测定 水中Pb2+、Cd3+、Zn' Cu3+和Fe 3+离子的含量,Pb 2+、Cd3+、Zn3+、Cu3+和Fe 3+离子吸附率分别达 到80%以上,即作为本发明的趋磁细菌使用。本发明中的趋磁细菌可以从其它活性污泥或 者重金属污染的土壤中分离,也可以使是现有公开的趋磁细菌菌株,只要其吸附率得到要 求即可。以下实施例中的所用到的趋磁细菌是按照上述方法筛选到的,不再赘述。
[0029] 趋磁细菌的液体培养基(或者富集培养基)组成:4000 mg/L CH0,H0,1500 mg/L (NH4) S04, 200 mg/L CH3C00Na,1500 mg/L Fe2 (SO4) 3, 50 mg/L钴胺素,2 ml/L 柠檬酸铁,30 mg/L MgSO4? lOmg/L ZnS04? lOmg/L MnSO40
[0030] 将被重金属污染厚度为50cm,面积为IOOm2的土地作为实验田,并将整块实验田 进行样方划分,长宽均为5m,每个样方之间留宽为0. 4m的垄,每个样方根据对角线原则设 置6个采样点。收集试验田表层0~50cm的土壤,阴凉通风瞭干,去除杂质。测定土壤pH为 6. 3,重金属Pb、Cd、Zn、Cu和Fe在土壤中的含量分别是:Pb元素的浓度为200 mg/kg \ Cd 元素的浓度为I mg/kg \ Zn元素的浓度为400 mg/kg \ Cu元素的浓度为156 mg/kg \ Fe 元素的浓度为523 mg/kg 1C3
[0031] 根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知,土壤pH=5. 5~6. 5的情况下,农业 用地旱地重金属Pb、Cd、Zn和Cu二级标准值分别为80、0. 3、200和50 mg/kg,土壤中Fe的 平均值为297 mg/kg ;因此,上述整块实验田存在较严重的重金属污染。
[0032] 生物炭以稻壳、秸杆或在重金属污染的土壤中种植后收获的禾本科植株丢弃 物(根、茎、叶等)为炭源制得,其中pH为7. 9,比表面积为4. 5~230m2/g,中孔比表面积为 3. 0~150m2/g,孔容积为 0· 045~0· 500ml/g,中孔容积为 0· 002~0· 350ml/g,收率为 45~65%。
[0033] 实施例1 1) 将趋磁细菌液体培养基添加到重金属污染的土壤中,趋磁细菌液体培养基添加比例 为每千克重金属污染的土壤中添加50mL趋磁细菌液体培养基,并在每平方米重金属污染 的土壤中接种7. OX IO8个趋磁细菌,翻耕重金属污染土壤的表层厚IOcm的土壤,使趋磁细 菌培养基、趋磁细菌和重金属污染土壤充分混合; 2) 培养45天;在重金属污染土壤表层3cm厚的土壤里添加趋磁细菌液体培养基,添加 比例为每千克重金属污染的土壤中添加30mL趋磁细菌液体培养基,并灌溉该土壤,使重金 属污染土壤保持淹水状态,并在重金属污染的土壤上面放置磁铁形成磁场,磁场方向背离 地面向上,磁场强度为200高斯,保持29天; 3) 收集步骤2)重金属污染土壤表层厚4cm的土壤;并用水淋洗收集的重金属污染土 壤,使趋磁细菌与重金属污染土壤分离进入水溶液中,重复淋洗2次,将淋洗过的重金属污 染土壤填回,淋洗液回收重金属; 4) 选择品种为广东农业科学研究院研制的超甜38号的玉米,将该玉米种子用15%%的 H2O2消毒处理,然后蒸馏水洗涤浸泡12h,选择籽粒饱满且不下沉的种子进行播种; 5) 在春季,在步骤3)重金属污染土壤中播种玉米种子,播种密度为:株距30cmX行距 40cm,灌溉; 6) 当玉米的植株开始抽穗时,及时拔除幼穗,当植株出现分蘖时,对分蘖的幼穗同时拔 除,并在玉米生长的拔节期、抽穗期及灌浆期进行灌溉和施入肥料; 7) 当植物的生长季结束,将含重金属的植株茎杆及根系全部移除; 8) 将移除的玉米废弃物在80°C下烘干、粉碎,然后将其置于管式炉内恒温600°C热解 2h ; 9) 将步骤8)所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1 : 1的混合比混合后酸洗lh,再用去离子水反复浸洗至中性,然后75°C下烘干,待温度自然冷 却至室温后,将制得的生物炭用研钵磨碎并过2_筛,装袋备用; 10) 将75重量份步骤9)所得生物炭与1重量份的氯化钠、2重量份的硫酸镁、4重量 份的硝酸钾、3重量份的硫酸钙、8重量份的尿素、6重量份的煤渣混合到一起,搅拌均匀,获 得生物炭基肥,生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为1mm的颗粒; 11) 将生物炭基肥施入到步骤7)重金属污染的土壤中,混合均匀,陈化70天;生物炭 基肥施入量与重金属污染土壤的重量比为0. 5 :100 ; 12) 循环重复执行步骤1)~步骤11)4次。
[0034] 结果显示:相比较于原土壤,土壤pH上升至6. 9,重金属Pb、Cd、Zn、Cu和Fe的浓 度分别为 79. 21、0· 29、189· 91、48· 63 和 253. 64 mg/kg,土壤中重金属 Pb、Cd、Zn、Cu 和 Fe 的浓度分别下降了 60. 40%,71%,52. 52%,68. 83%,51. 50%。
[0035] 实施例2 1) 将趋磁细菌培养基添加到重金属污染的土壤中,趋磁细菌培养基添加比例为每克重 金属污染的土壤中添加 SOmL趋磁细菌液体培养基,并在每平方米重金属污染的土壤中接 种2. OX IO9个趋磁细菌,翻耕重金属污染土壤的表层厚Ilcm的土壤,使趋磁细菌培养基、 趋磁细菌和重金属污染土壤充分混合; 2) 培养47天;在重金属污染土壤表层4cm厚的土壤里添加趋磁细菌培养基,添加比例 为每千克重金属污染的土壤中添加50mL趋磁细菌液体培养基,并灌溉该土壤,使重金属污 染土壤保持淹水状态,并在重金属污染的土壤上面放置磁铁形成磁场,磁场方向背离地面 向上,磁场强度为265高斯,保持31天; 3) 收集步骤2)重金属污染土壤表层厚5cm的土壤;并用水淋洗收集的重金属污染土 壤,使趋磁细菌与重金属污染土壤分离进入水溶液中,重复淋洗3次,将淋洗过的重金属污 染土壤填回,淋洗液回收重金属; 4) 选择品种为广东农业科学研究院研制的超甜38号的玉米,将该玉米种子用16%的 H2O2消毒处理,然后蒸馏水洗涤浸泡12h,选择籽粒饱满且不下沉的种子进行播种; 5) 在春季,在步骤3)重金属污染土壤中播种玉米种子,播种密度为:株距30cmX行距 40cm,灌溉,确保播种的种子全部发芽; 6) 当玉米的植株开始抽穗时,及时拔除幼穗,当植株出现分蘖时,对分蘖的幼穗同时拔 除,并在玉米生长的拔节期、抽穗期及灌浆期进行灌溉和施入肥料; 7) 当植物的生长季结束,将含重金属的植株茎杆及根系全部移除; 8) 将移除的玉米废弃物包括根、径、叶炭化处理,并将有机炭产物在90°C下烘干、粉 碎,然后将其置于管式炉内恒温60(TC热解2h ; 9) 将步骤8)所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比 1. 5 :1的混合比混合后酸洗2h,再用去离子水反复浸洗至中性,然后75°C下烘干,待温度自 然冷却至室温后,将制得的生物炭用研钵磨碎并过2_筛,装袋备用; 10) 将77重量份步骤9)所得生物炭与1. 2重量份的氯化钠、2. 3重量份的硫酸镁、3. 5 重量份的硝酸钾、3. 2重量份的硫酸|丐、7重量份的尿素、6. 5重量份的煤渣混合到一起,搅 拌均勾,获得生物炭基肥,生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为I. 5mm的颗粒; 11) 将生物炭基肥施入到步骤7)重金属污染的土壤中,混合均匀,陈化75天;生物炭 基肥施入量与重金属污染土壤的重量比为2 :100 ; 12) 循环重复执行步骤1)~步骤11)3次。
[0036] 结果显示:相比较于原土壤,土壤pH上升至7. 2,重金属Pb、Cd、Zn、Cu和Fe的浓 度分别为 7L 27、(λ 19、143· 28、4L 29 和 189. 34 mg/kg,土壤中重金属 Pb、Cd、Zn、Cu 和 Fe 的浓度分别下降了 64. 37%,81%,64. 18%,73. 53%,63. 80%。
[0037] 实施例3 1) 将趋磁细菌培养基添
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