一種利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于土壤重金屬污染修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉻污染土壤的修復(fù)方法。該方法原理主要是通過將污泥、秸稈、鉻污染土壤和復(fù)合菌種BYM混合發(fā)酵，利用微生物發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的生物酶、有機糖等物質(zhì)將土壤中六價鉻還原為三價鉻，然后通過種植鉻超積累植物來徹底清除土壤中鉻污染物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明屬于一種原位修復(fù)技術(shù)，投資小、運行成本低，對環(huán)境擾動最小，且能夠改善土壤板結(jié)度、增加土壤松散度，還能提高土壤中有機質(zhì)含量，有利于修復(fù)后土壤植物生長。
【專利說明】一種利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤重金屬污染修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉻污染土壤的修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的推進，經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題逐漸引起人們的關(guān)注，近些年來，大氣、水、土壤環(huán)境的重金屬污染及治理、修復(fù)問題已經(jīng)逐漸成為了人們關(guān)注的焦點。其中，由于土壤中污染物成分復(fù)雜、處理難度大、成本高等問題，土壤重金屬污染治理與修復(fù)是目前重金屬污染修復(fù)研究的熱點與難點。
[0003]土壤重金屬污染是指由于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于土壤環(huán)境背景值，而致使土壤環(huán)境質(zhì)量下降和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象。導(dǎo)致土壤污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污染，也有幾種重金屬形成的復(fù)合污染。環(huán)境中較為常見的重金屬污染主要是復(fù)合污染。
[0004]鉻污染是重金屬污染中較為常見的一種。鉻通常以穩(wěn)定的三價和六價兩種價態(tài)存在于自然環(huán)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(chǎn)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淀，對生物的毒性相對較小。
[0005]鉻在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)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，即城市污水處理廠污泥的農(nóng)用、含鉻污水的灌溉、含鉻廢渣堆存及含鉻塵粒的沉降等。在這三種來源的鉻污染中，目前我國受到的鉻污染主要來自于含鉻廢渣堆存場地。
[0006]當土壤受到鉻污染后`，會導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物減產(chǎn)，嚴重者寸草不生，失去生態(tài)功能。因此，必須對受到鉻污染的土壤進行修復(fù)。
[0007]目前，對于土壤中鉻污染的修復(fù)方法主要分為傳統(tǒng)修復(fù)和生物修復(fù)。傳統(tǒng)的修復(fù)方法主要是物理、化學(xué)方法，主要有客土法、化學(xué)清洗、化學(xué)還原和電動修復(fù)等。但是由于被鉻渣污染的土壤中含有大量的有毒物質(zhì)六價鉻，六價鉻易溶于水，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(tǒng)的修復(fù)方法很難達到高效率、低能耗、低投入的修復(fù)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于提供一種微生物修復(fù)六價鉻污染土壤的方法。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法，包括以下步驟:
(I)將污泥、秸桿、鉻污染土壤和復(fù)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% ；
所述污泥為城鎮(zhèn)生活污水處理廠含水率為60%~80%的污泥；所述稻桿為粉碎后的農(nóng)作物稻桿，為小麥稻桿、玉米稻桿、花生稻桿、木屑或鋸末中一種或任意幾種任意比例的混合物；
所述鉻污染的土壤中六價鉻含量為3(Tl000mg/kg ；
所述復(fù)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(fā)酵，發(fā)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于30mg/kg土壤時，微生物修復(fù)完成。
[0010]步驟(1)中各物料按質(zhì)量比，污泥:秸桿:復(fù)合菌種BYM:鉻污染土壤=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(fù)完成后，針對修復(fù)完成的土壤進行復(fù)墾，播種鉻超積累植物，如高羊茅、李氏禾、蒲公英等，富集、清除土壤中鉻污染物。
[0013]本發(fā)明在物料混合過程中所添加的復(fù)合菌種BYM屬于一種微生物復(fù)合菌種，是從微生物生產(chǎn)農(nóng)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。該復(fù)合菌種的繁殖和代謝能力很強，其在發(fā)酵過程中會產(chǎn)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，添加該復(fù)合菌種的物料在發(fā)酵過程中，與土壤中其他微生物共同作用，通過分解污泥、秸桿中的有機質(zhì)，產(chǎn)生大量的水溶性有機物如大分子的腐殖質(zhì)、小分子有機酸、糖類、氨基酸等，這些水溶性有機物不僅可以還原六價鉻，而且可以絡(luò)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(fā)明所提供的土壤修復(fù)方法，所針對的土壤修復(fù)深度一般為
0.3^1m,即混合物料的堆集高度在0.3~lm ;當受污染的土壤深度超過Im進行原位修復(fù)時，需要根據(jù)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(jīng)過實驗檢驗，采用本發(fā)明所提供的鉻污染土壤修復(fù)方法修復(fù)后的土壤，六價鉻含量低于30mg/kg，甚至無法檢出，滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(修訂)(GB 15618-2008) 土壤無機污染物的環(huán)境質(zhì)量第二級標準值中農(nóng)業(yè)用地關(guān)于六價鉻的標準要求。當采用微生物修復(fù)后土壤中總鉻含量高于350mg/kg時，可進一步采取植物修復(fù)技術(shù)降低土壤中總鉻含量，以達到《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(修訂)(GB 15618-2008) 土壤無機污染物的環(huán)境質(zhì)量第二級標準值中農(nóng)業(yè)用地關(guān)于總鉻的標準要求，恢復(fù)土壤的農(nóng)用功能。
[0016]本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有成本低、原位修復(fù)、效果好等優(yōu)點，具體為:
(1)相對于現(xiàn)有的物理、化學(xué)修復(fù)，微生物-植物修復(fù)過程簡單，操作方便，而且投資和運行費用較低，且該種修復(fù)方式對環(huán)境的擾動最小，不會帶來二次污染，最大限度的保留和恢復(fù)了土壤的生態(tài)功能；
(2)在對鉻污染土壤進行微生物修復(fù)過程中，物料中的秸桿和污泥都有利于改善土壤板結(jié)情況，能夠有效增加土壤松散程度，便于土壤中空氣流通，有利于土壤中微生物和植物的生長繁殖；
(3)混合物料中秸桿和污泥中均含有大量的有機質(zhì)成分，在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、糖類等營養(yǎng)物質(zhì)，提高土壤中的有機質(zhì)含量，有利于修復(fù)后土壤的植物生長；而且物料混合過程中添加了復(fù)合菌種BYM，促進土壤微生物的增殖，提高土壤中微生物的數(shù)量，進而改善土壤生態(tài)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為鉻污染土壤的微生物一植物修復(fù)方法工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的解釋說明。
[0019]實施例1
如圖1所示，本發(fā)明所提供的微生物一植物聯(lián)合修復(fù)鉻污染土壤的方法，包括物料混合、微生物發(fā)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
從受六價鉻污染的土壤中挖掘IOOOkg含六價鉻污染的土壤，土壤挖掘深度為0.3mO挖掘完成后，分揀出土壤中的石塊和其他雜物，經(jīng)檢測，土壤中六價鉻含量為300mg/kg左右。
[0021]將IOOOkg 土壤、500kg污泥、50kg稻桿通過混料機進行充分混合，在混合過程中投加5kg的復(fù)合菌種BYM擴大菌。本實施例所用污泥來自城市生活污水處理廠的污泥，其含水率在80%左右；秸桿使用的是粉碎后的小麥秸桿，秸桿粉碎后的長度在5?20mm之間。物料充分混合后，呈現(xiàn)團狀。
[0022]( 2 )微生物修復(fù)(好氧發(fā)酵)
混合后的物料在污染場地原位堆集。由于本實施例的土壤挖掘深度較淺，底部還有受到鉻污染的土壤，為了防止底部的鉻污染物對本實施例的影響，在混合物料的底部鋪設(shè)有塑料膜防滲層。
[0023]混合物料中由于添加了一定量的污泥和秸桿，本實施例中原位堆集高度為0.5m。堆集完成后即進入好氧發(fā)酵階段。
[0024]在物料的堆集發(fā)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(fā)酵過程中，為確保最佳修復(fù)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(jīng)過7天的發(fā)酵后，取堆集體不同部位的土壤樣本，檢測其中的六價鉻含量，發(fā)現(xiàn)六價鉻含量在0.5"4mg/kg的范圍，15天后,土壤中六價鉻已無法檢出。
[0026](3) 土壤復(fù)墾
將修復(fù)完成的土壤平整，復(fù)耕，播撒高羊茅種子，3天后，有部分種子開始發(fā)芽，至7天后，修復(fù)場地全部長出高羊茅。生長I個月后，觀察高羊茅生長情況良好。此現(xiàn)象說明，經(jīng)過微生物修復(fù)后，受到六價鉻污染的土壤已經(jīng)基本恢復(fù)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，即可通過收獲高羊茅的植物體地上部分來徹底清除土壤中的鉻污染物。而收獲的富集有鉻污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(huán)境的危害。
[0028]本發(fā)明中復(fù)合菌種BYM的投加量是根據(jù)污泥和秸桿的投加量確定的，污泥和秸桿中的有機物為菌種的生長繁殖提供營養(yǎng)，污泥和秸桿投加量加大時，菌種相應(yīng)加大投加量。采用與實施例1相同的微生物一植物聯(lián)合修復(fù)鉻污染土壤的方法，通過調(diào)整污泥、秸桿和菌種的投加量及調(diào)整微生物發(fā)酵修復(fù)時間，經(jīng)過驗證，最高時可以修復(fù)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于350mg/kg時，不需進一步的植物修復(fù)就可以滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中關(guān)于農(nóng)業(yè)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(fù)完成后需要種植鉻超積累植物以吸收、轉(zhuǎn)化、富集土壤中的三價鉻，實施微生物-植物聯(lián)合修復(fù)，實現(xiàn)土壤中總鉻含量的降低，以達到《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中農(nóng)業(yè)用地關(guān)于總鉻的標準要求；當土壤中總鉻含量高于1000mg/kg時，當微生物修復(fù)完成后，使用植物修復(fù)，降低土壤中總鉻含量，以達到《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(修訂)(GB 15618-2008)中工業(yè)用地、商業(yè)用地關(guān)于總鉻的標準限值，來滿足土壤修復(fù)后不同的使用目的。
【權(quán)利要求】
1.一種利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法，包括以下步驟: (1)將污泥、秸桿、鉻污染土壤和復(fù)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% ； 所述污泥為城鎮(zhèn)生活污水處理廠含水率為80%的污泥； 所述稻桿為粉碎后的農(nóng)作物稻桿，為小麥稻桿、玉米稻桿、花生稻桿、木屑或鋸末中一種或任意幾種任意比例的混合物； 所述鉻污染的土壤中六價鉻含量為3(Tl000mg/kg ； 所述復(fù)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(fā)酵，發(fā)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于30mg/kg土壤時，微生物修復(fù)完成。
2.如權(quán)利要求1所述利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法，其特征在于，步驟(1)中各物料按質(zhì)量比，污泥:秸桿:復(fù)合菌種BYM:鉻污染土壤=0.4、.6:0.05~0.15: 0.ΟΟ1-Ο.005: I。
3.如權(quán)利要求1所述利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法，其特征在于，步驟(2)中原位堆集深度為0.3~lm。
4.如權(quán)利要求1所述利用微生物發(fā)酵來修復(fù)六價鉻污染土壤的方法，其特征在于，步驟(3)中微生物修復(fù)完成后，針對修復(fù)完成的土壤進行復(fù)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(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】李順靈, 潘志恒, 黃立志, 袁明濤, 李萬靈, 燕戰(zhàn)軍, 齊水蓮, 施龍, 王靜 申請人:河南金谷實業(yè)發(fā)展有限公司