本发明属于土壤修复
技术领域：
，具体涉及一种生物淋滤-生物稳定联合处理重金属污染土壤的方法。
背景技术：
：重金属污染土壤的修复技术主要有传统方法和生物修复法两大类。传统方法主要有：客土法、化学清洗法、化学还原法和电动修复法等，这些方法费用昂贵，易造成二次污染。生物修复法主要包括植物修复和微生物修复。植物修复法是目前修复重金属污染土壤的新兴技术，但植物生长缓慢，生物量小，修复时间长，很难进行机械操作。大多数微生物修复技术仍局限在实验室水平，限制微生物修复技术应用的因素包括污染物成分复杂、化学和物理性质变化较大、难以寻取适宜菌株以及修复效果不稳定。微生物修复技术中，生物淋滤起源于微生物湿法冶金，是在有氧及co2为唯一碳源条件下，利用氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺旋菌等嗜酸菌的氧化还原反应与酸化作用，将污泥中难溶的重金属硫化物及其他方式存在的重金属化合物变成溶解态的重金属离子进入液相，然后通过固液分离方法加以去除。此外，硫酸盐还原法是一种新兴的微生物处理酸性重金属废水的生物沉淀技术，原理为：(1)在厌氧条件下，硫酸盐还原菌(sulfatereducingbacteria，srb)生长的过程中以有机物为电子供体，可以将环境中的so42-转化为s2-，利用s2-与重金属离子形成溶解度极小的硫化物沉淀；(2)srb代谢过程中分解有机物会生成co2，部分重金属离子还可以和co32-反应生成不溶性的碳酸盐沉淀而去除；(3)so42-被还原为s2-的过程中，细菌利用有机物产生碱度，使废水的ph提高，废水中的重金属离子形成氢氧化物沉淀，从而达到去除重金属的目的。cn103418608b提供了一种微生物-化学法联合修复矿区重金属污染土壤的方法，该方法先利用表面活性剂化学淋洗的方法将土壤中的重金属转移到液相中，再向土壤和淋洗液中分别加入硫酸盐还原菌液，利用srb还原硫酸盐的方法来产出硫化氢，作为重金属的沉淀剂，将土壤中残余的重金属从可交换态转化为稳定态，从而达到有效处理矿区重金属污染土壤的目的，该发明的处理方法成本低，工艺简单易于操控。cn107138520a公开了一种利用硫酸盐混合菌还原修复铀污染土壤的处理方法，该方法即具有修复成本低，工艺流程短，无二次污染的优点，但该方法需要投加较多的碳源。综上，现有技术中，单纯使用硫酸盐还原菌修复重金属土壤，大多需要使用速效碳源(例如乳酸钠、乙醇等)为硫酸盐还原菌提供电子，使得成本偏高，并且速效碳源消耗较快，需要短时间内不停的投加，导致硫酸盐还原菌原位修复重金属土壤需要人工长时间看守维护，进一步增加维护费用。而化学淋洗与生物修复相结合的方法，容易在土壤中残留化学试剂，引起二次污染，导致土壤结构性质发生变化，土壤可能无法持续使用。因此，仍需开发一种新的方法来处理重金属污染的土壤。技术实现要素：为解决现有技术中，单纯使用硫酸盐还原菌修复重金属土壤，存在需要持续添加碳源，以及化学淋洗与生物修复相结合容易在土壤中残留化学试剂的问题，本发明提供了一种生物淋滤-生物稳定联合处理重金属污染土壤的方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种生物淋滤-生物稳定联合处理重金属污染土壤的方法，步骤包括：(1)向重金属污染土壤中加水，得到泥水混合物；(2)向步骤(1)的泥水混合物中添加亚铁盐后，接种嗜酸性硫杆菌菌液进行生物淋滤；(3)分离步骤(2)处理后的泥水混合物，得到淋洗液和污泥，分别向淋洗液和污泥中接种硫酸盐还原菌液并进行恒温水浴震处理。优选地，步骤(1)所述泥水混合物的固含量为1～10％。优选地，步骤(2)所述的亚铁盐为硫酸亚铁或硝酸亚铁，所述亚铁盐的添加量为1～15％。优选地，步骤(2)所述嗜酸性硫杆菌菌液的接种量为泥水混合物质量的5～15％。优选地，步骤(2)所述生物淋滤的时间为24～72h，温度为20～40℃，搅拌速度为150～250rpm。优选地，步骤(2)所述嗜酸性硫杆菌菌液的制备方法为：将氧化铁硫杆菌接种于9k液体培养基中，在30℃、180rpm条件下培养并监测ph变化，当ph降至2以下时，吸取20ml菌液至180ml含20g/l污泥的9k培养基中，继续在30℃下震荡培养至ph<2时停止，重复驯化3次即得嗜酸性硫杆菌菌液。进一步优选地，所述9k液体培养基包括a液和b液，每升9k液体培养基中，a液包括：(nh4)2so43.0g，k2hpo40.5g，kcl0.1g，mgso4.7h2o0.5g，ca(no3)20.01g，去离子水800ml，a液的制备方法为：将各组分加入去离子水中混匀后，用h2so4调节ph至2.0，121℃高压灭菌20min；b液包括：feso4·7h2o44.78g，去离子水200ml，b液的制备方法为：将各组分加入去离子水中混匀后，用h2so4调节ph至2.0，孔径为0.22μm的滤膜过滤除菌，最后将灭菌后的a液与b液混匀后即得9k液体培养基。优选地，步骤(3)所述硫酸盐还原菌液的接种量为淋洗液和污泥质量的5～20％。优选地，步骤(3)所述恒温水浴震处理的时间为24～48h，温度为20～40℃，搅拌速度为150～250rpm。优选地，步骤(3)所述硫酸盐还原菌液的制备方法为：将10％(v/v)硫酸盐还原细菌接种于固定化的培养基中，30℃下培养并监测硫化物产量，当硫化物产量大于500mg/l时即得硫酸盐还原菌液。进一步优选地，所述固定化的培养基中，固定化载体为聚氨酯泡沫，每升所述固定化的培养基中包括：na2so42.0g，k2hpo40.5g，nh4cl1.0g，c3h5o3na3.5g，酵母浸膏粉1.0g，抗坏血酸0.1g，巯基乙酸(c2h4o2s)0.lg。本发明所提供的方法，先利用生物淋滤将污泥中的重金属转移到液相中，再向污泥和淋洗液中分别加入硫酸盐还原菌液，利用硫酸盐还原菌还原硫酸盐的方法来产出硫化氢，作为重金属的沉淀剂，将污泥中残余的重金属从可交换态转化为稳定态，从而达到有效处理重金属污染污泥的目的。现有技术中，单纯使用硫酸盐还原菌修复重金属土壤，大多需要使用速效碳源(例如乳酸钠、乙醇等)为硫酸盐还原菌提供电子，使得成本偏高，并且速效碳源消耗较快，需要短时间内不停的投加，导致硫酸盐还原菌原位修复重金属土壤需要人工长时间看守维护，进一步增加维护费用。而本发明所提供的方法，在经过生物淋洗后，土壤中重金属有效态含量大幅度降低，与单纯使用硫酸盐还原菌修复重金属土壤相比，对电子受体的需求量大幅度降低，因此土壤中含有的丰富的有机质可以满足硫酸盐还原菌电子供体的需求。本发明的有益效果1、本发明基于传统修复的局限性如成本高、易造成二次污染等问题，结合不同微生物修复过程中嗜酸性硫杆菌和硫酸盐还原菌的不同生物特性，通过将生物淋滤过程与微生物稳定化处理联用，可以将土壤中的重金属cu、cr和pb等有效去除，处理效果、环境效益显著高于化学淋滤的处理方式；2、与利用单独的生物淋滤技术、硫酸盐还原菌的生物特性相比，利用生物淋滤联合硫酸盐还原菌的生物特性处理重金属污染底泥，运行成本低、二次污染小、处理效果更好。具体实施方式以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。实施例1一种生物淋滤-生物稳定联合处理重金属污染土壤的方法，步骤包括：(1)向重金属污染土壤中加水，得到泥水混合物；(2)向步骤(1)的泥水混合物中添加亚铁盐后，接种嗜酸性硫杆菌菌液进行生物淋滤；(3)分离步骤(2)处理后的泥水混合物，得到淋洗液和污泥，分别向淋洗液和污泥中接种硫酸盐还原菌液并进行恒温水浴震处理。步骤(1)所述泥水混合物的固含量为1～10％。步骤(2)所述的亚铁盐为硫酸亚铁或硝酸亚铁，所述亚铁盐的添加量为1～15％，所述嗜酸性硫杆菌菌液的接种量为泥水混合物质量的5～15％，所述生物淋滤的时间为24～72h，温度为20～40℃，搅拌速度为150～250rpm，所述嗜酸性硫杆菌菌液的制备方法为：将氧化铁硫杆菌接种于9k培养基中，在30℃、180rpm条件下培养并监测ph变化，当ph降至2以下时，吸取20ml菌液至180ml含20g/l污泥的9k培养基中，继续在30℃下震荡培养至ph<2时停止，重复驯化3次即得嗜酸性硫杆菌菌液。所述9k液体培养基包括a液和b液，每升9k液体培养基中，a液包括：(nh4)2so43.0g，k2hpo40.5g，kcl0.1g，mgso4.7h2o0.5g，ca(no3)20.01g，去离子水800ml，a液的制备方法为：将各组分加入去离子水中混匀后，用h2so4调节ph至2.0，121℃高压灭菌20min；b液包括：feso4·7h2o44.78g，去离子水200ml，b液的制备方法为：将各组分加入去离子水中混匀后，用h2so4调节ph至2.0，孔径为0.22μm的滤膜过滤除菌，最后将灭菌后的a液与b液混匀后即得9k液体培养基。步骤(3)所述硫酸盐还原菌液的接种量为淋洗液和污泥质量的5～20％，所述恒温水浴震处理的时间为24～48h，温度为20～40℃，搅拌速度为150～250rpm，所述硫酸盐还原菌液的制备方法为：将10％(v/v)硫酸盐还原细菌接种于固定化的培养基中，30℃下培养并监测硫化物产量，当硫化物产量大于500mg/l时即得硫酸盐还原菌液，固定化的培养基中，固定化载体为聚氨酯泡沫，每升所述固定化的培养基中包括：na2so42.0g，k2hpo40.5g，nh4cl1.0g，c3h5o3na3.5g，酵母浸膏粉1.0g，抗坏血酸0.1g，巯基乙酸(c2h4o2s)0.lg。实施例2利用本发明提供的方法，处理了重金属污染土壤样品，该样品取自湖南省株洲市清水塘工业区某渠道0～20cm表层污泥，污泥中cu、cr、pb全量采用hf-hno3-hclo4消煮，消煮液中cu、cr、pb浓度采用电感耦合等离子体发射光谱法测定，结果如表1所示。表1cu、cr、pb浓度元素含量(mg/kg)cu69.4cr74.6pb128.4重金属污染土壤样品的具体处理步骤为：(1)将污泥中大块样品敲碎，置于阴凉、干燥条件下自然风干，剔除石块、根茎等杂物后，过2mm筛备用；(2)将供试污泥辐射灭菌后，用无菌蒸榴水调配固含为2％的泥水混合物；(3)向泥水混合物中添加feso4·7h2o，fe2+的含量达到4g/l，接种质量为土壤溶液质量10％的氧化亚铁硫杆菌接种物，在150rpm、30℃下振荡培养，48h后取出，检测上清液中cu、cr、pb含量，去除率均大于38％；(4)分离步骤(3)处理后的泥水混合物，得到淋洗液和污泥，分别向淋洗液和污泥中接种10％的硫酸盐还原菌液，30℃，200rpm的条件下恒温水浴震36h，检测上清液中重金属，转化率均大于90％，利用欧共体标准测量与检测局提出的连续提取法测量污泥中重金属的化学形态，污泥中未被淋洗出的重金属从可交换态转化为稳定态。氧化亚铁硫杆菌接种物的制备方法为：将购买的供试菌株-氧化铁硫杆菌接种于9k培养基中，将盛菌液的锥形瓶放入灭菌摇床中，在30℃、180rpm的条件下培养，定期监测ph变化。当ph降至2以下时，吸取20ml菌液，放置在180ml含20g/l污泥的9k培养基中，在30℃下震荡培养，ph降至2以下时停止，反复驯化3次所得的驯化菌液即为氧化亚铁硫杆菌接种物。硫酸盐还原菌液的制备方法为：在具塞三角瓶中填充预处理后的聚氨醋泡沫作为固定化载体，硫酸盐还原细菌的接种量为10％(v/v)。培养基成分：na2so42.0g/l，k2hpo40.5g/l，nh4cl1.0g/l，乳酸钠(c3h5o3na)3.5g/l，酵母浸膏粉1.0g/l，抗坏血(c6h8o6)0.1g/l，巯基乙酸(c2h4o2s)0.lg/l，ph6.5～7.5。培养温度通过恒温箱维持在30℃。硫酸盐转化率达到85％以上后，培养基中硫酸盐的浓度逐渐提高，以维持反应器中硫酸根浓度大于2.0g/l，培养基中的cod也相应提高，维持进液培养基中cod/so42-比值恒定在2.8左右，5～7d为周期进行活化，当总的硫化物产量持续稳定在500mg/l以上时，菌液用于处理污染污泥。实施例3供试污泥样品及氧化亚铁硫杆菌与硫酸亚铁还原菌接种物的准备与实施例例2相同。将供试污泥辐射灭菌后，用无菌蒸榴水调配含固率为5％的污泥溶液：添加feso4·7h2o作为底物至土壤溶液中，fe2+的含量达到6g/l，接种质量为土壤溶液质量8％的氧化亚铁硫杆菌接种物，在150rpm、30℃下振荡培养。48h后取出，检测上清液中cu、cr、pb含量，去除率均大于45％，再向处理后的污泥中分别接种12％的硫酸盐还原菌液，30℃，180rpm的条件下恒温水浴震40h，进行生物稳定化处理后取出，检测上清液中重金属的转化率均大于90％，利用欧共体标准测量与检测局提出的连续提取法测量污泥中重金属的化学形态，污泥中未被淋洗出的重金属从可交换态转化为稳定态。实施例4供试污泥样品及氧化亚铁硫杆菌与硫酸亚铁还原菌接种物的准备与实施例例2相同。将供试污泥辐射灭菌后，用无菌蒸榴水调配含固率为8％的污泥溶液：添加feso4·7h2o作为底物至土壤溶液中，fe2+的含量达到8g/l，接种质量为土壤溶液质量12％的氧化亚铁硫杆菌接种物，在150rpm、30℃下振荡培养。48h后取出，检测上清液中cu、cr、pb含量，去除率均大于40％，再向处理后的污泥中分别接种15％的硫酸盐还原菌液，30℃，180rpm的条件下恒温水浴震40h，进行生物稳定化处理后取出，检测上清液中重金属的转化率均大于90％，利用欧共体标准测量与检测局提出的连续提取法测量污泥中重金属的化学形态，污泥中未被淋洗出的重金属从可交换态转化为稳定态。对比例1供试污泥样品及硫酸亚铁还原菌接种物的准备与实施例例4相同，不同处在于，本例未接种嗜酸性硫杆菌菌液进行生物淋滤，直接接种硫酸盐还原菌液进行处理。即：将供试污泥辐射灭菌后，用无菌蒸榴水调配含固率为8％的污泥溶液：将污泥溶液分离后，分别向污泥和污水中接种15％的硫酸盐还原菌液，30℃，180rpm的条件下恒温水浴震40h，进行生物稳定化处理后取出，检测上清液中重金属的转化率为80％，利用欧共体标准测量与检测局提出的连续提取法测量污泥中重金属的化学形态，污泥中未被淋洗出的重金属从可交换态转化为稳定态。当前第1页12