專利名稱：一種修復重金屬污染土壤的方法
技術領域：
本發明涉及一種修復重金屬污染土壌的方法。
背景技術：
土壤是地球表面具有肥力、能生長植物的疏松表層，它是人類賴以生存發展所必需的生產資料，也是人類社會最基本、最重要、不可替代的自然資源，因此對土壤環境的保護已引起廣泛關注。在土壌的污染物中，重金屬污染是ー類典型的優先控制污染物。許多環境公害事件，如日本的骨痛病(1931 1972)等均由于重金屬污染造成，對重金屬污染土壤的修復至關重要。目前，全世界平均每年排放的數萬噸汞、數百萬噸銅、鉛、數千萬噸錳都將以各種方式進入土壌，我國受鎘、神、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已占總耕地面積的1/5，涉及11個省25個地區，毎年因此造成的經濟損失達300多億元。這種普遍存在的土壤污染，需要經濟、安全的生態修復技術才能予以廣泛解決。現有的重金屬污染土壤修復技術主要包括化學法(化學固定化和穩定化、化學還原)、隔離包埋法、熱冶分離法、電修復法、微生物修復法、植物修復法、吸附法和清洗法等，但這些方法均存在一定的局限性。但是，目前的土壤修復技術一般都存在成本高、二次污染嚴重、操作復雜、修復周期長的缺陷。化學法改變土壌的性質，處理費用高，且存在二次污染，隔離包理法僅將重金屬進行了隔離，對土壌生態仍存在潛在危險；電修復法技術較不成熟；熱冶分離法不適合現場操作，處理費用高、適用范圍窄；微生物修復法利用的載體是微生物活體，污染物的非連續分布會隔斷微生物運動，因此處理周期長，且與土著微生物競爭有機營養物作底物，容易失去活性；植物修復法修復周期長(幾十年甚至幾百年)，存在植物的后續處理問題；電修復只適用于小面積污染，現場操作難度大；吸附法存在易飽和、成本高、效率低的缺點；相對于上述其他方法，清洗法具有周期短，成本低的優點，但當采用化學試劑時，容易影響土壤環境，造成二次污染。
發明內容
本發明提供了一種全新的修復重金屬污染土壌的方法，該方法主要包括如下兩個步驟:(I)將重金屬從土壤團聚體中分離出來并進行富集；(2)將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環境中移除。具體地來說，上述步驟(I)中將重金屬從土壤團聚體從分離并富集的方法是通過在土壌中接種具有吸收、富集重金屬的藻類進行的，具體包含如下步驟:A、獲取微藻并將其在液體培養液中進行培養,將處于對數生長期的微藻培養液進行稀釋，用培養液將藻類細胞密度稀釋至IO3-1O4/じ1 ；B、將步驟A中獲得的稀釋后的含藻類培養液噴灑到目標土壤上，噴灑時日平均溫度不低于15攝氏度，噴灑后如果土壤比較干燥，則對土壤進行澆灌，至土壌含水量達到10% (重量)以上；
C、保持土壤濕度，使其藻類能正常生長，20 40天后即可采取下一歩措施。上述步驟A中提到的微藻包括但是不限于小球藻屬(chlorella sp)，筒柱藻屬、cylindrotheca sp.)，娃藻(diatomノ形藻(Nitzschia sp.)，裂亞藻:、schizochytriumsp.),杜氏藻屬(dunaliella),柵藻(Scenedesmus sp.),微綠球藻(Nannochloris sp.),衣藻屬(ch lamydomonas sp.),扁藻(Tetraselmis sp.),空球藻屬(Eudorina sp.)等。步驟A中提到的培養液包括但不限于BG-1l培養基、F/2培養基、walne培養基、TAP培養基以及其他任何經過修改的微藻培養基。優選地，上述步驟A中使用的微藻是從尾礦場的尾礦表面生物結皮中獲取的微藻。具體地說包含以下步驟。b、鏟取尾礦表面的生物結皮，將其輕輕揉碎，并將其過60 100目篩，這樣能去除大部分尾礦砂，獲得結皮中的藻類及苔蘚的混合物；b、將步驟a中獲得的藻類及苔蘚混合物置于常規藻類液體培養基中培養，培養方法按常規藻類培養方法進行，隨后對藻類進行分離，獲得可使用的含藻類的培養液。上面提到的尾礦是指礦山企業在選礦完成后排放的廢渣礦渣，一般會由于長時間積累而形成尾礦庫，一般尾礦中都含有較高含量的重金屬，其含有的主要重金屬種類根據礦藏種類的不同而不同，常見的其所含有的重金屬有銅，鐵，鋅，鎘，鉻，鉛等。上面提到的尾礦表面的生物結皮是指，在尾礦表面由細菌、真菌、藻類、苔蘚植物等生命有機體與表層尾礦共同形成的復合體。藻類和苔蘚作為最早定居的先鋒植物，在生物結皮中占主要部分，而且有很多研究表明，結皮中的藻類一方面對重金屬有著高耐受度，在高重金屬濃度下仍具有較強生命力，另ー方面結皮中的藻類具有較好的吸附重金屬的能力。具體地來說，上述步驟(2)中將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環境中移除的方法是指通過在經過步驟(I)處理過的土壌中養殖并收獲蚯蚓而完成的。上述養殖的蚯蚓包括但不限于:背暗異唇蚓、赤子愛勝蚓、紅正蚓、直隸環毛蚓、秉氏環毛蚓、參環毛蚓、微小雙胸蚓、愛勝雙胸蚓、威廉環毛蚓、微小雙胸蚓、杜拉蚓、通俗環毛蚓、湖北環毛蚓和雙頤環毛蚓。在選擇養殖的蚯蚓種類時需要考慮土壤環境，例如，微小雙胸蚓、愛勝雙胸蚓等適于在PH3.7-4.7的酸性土壌中生活，而且耐寒、喜水，因此可用來改造北方土壤偏酸、含水量大、陰涼的泥炭地。背暗異唇蚓、威廉環毛蚓、微小雙胸蚓和通俗環毛蚓喜水，適于在地下水位高或江、湖、水庫、河溝等水邊潮濕土壌中生活。那些水位低的干旱地區，可以考慮飼養耐旱的杜拉蚓。在砂質土壤地區，可養殖喜歡砂居的湖北環毛蚓和雙頤環毛蚓。根據土壤情況，有時需要在投放蚯蚓之前對土壤進行處理。當土壤不夠松軟，有板結情況時需要進行松土操作。投放蚯蚓后需要注意不能讓土壤過于干燥，必要時需對土壌進行澆灌。當蚯蚓數量達到飽和時，就可以收獲一部分蚯蚓，收獲的蚯蚓可以根據其種類加以利用，但是在利用時需要注意這些蚯蚓體內具有較高重金屬含量。本發明所述方法的整體過程如下:首先在土壤上繁育藻類，隨后利用藻類能夠吸收重金屬離子的特性，讓藻類在生長過程中大量吸附重金屬離子，當藻類生長較為旺盛之后養殖蚯蚓，蚯蚓喜食土壌中的有機物，藻類成為蚯蚓進食的首選，這樣藻類攜帶著重金屬離子便被蚯蚓吞食，重金屬離子隨著藻類有機質一起被蚯蚓的消化系統吸收，因此重金屬在蚯蚓體內富集。最后通過收獲蚯蚓的方式將重金屬從土壤系統中移除出去。本發明具有以下幾個特點:1、采用生物材料進行重金屬去除，沒有二次污染的風險，而且藻類與蚯蚓均屬于生長快速的生物，整個處理修復的周期相較其他生物修復要短得多。2、選材簡單且易于獲得，成本低廉，易于操作，非專業人士亦可使用該法對土壤進行修復。
3、在修復土壤的過程中能獲得副產品(蚯蚓)，可以帶來一定的經濟利益，另外在移除重金屬的過程中，由于蚯蚓的活動，也可以對土壌的其他性狀帶來改善，為土壤的再利用，尤其是農業方面的再利用提供了良好的基礎。本發明也有自身的局限性，一方面由于藻類的生長不可能深入土壌，蚯蚓也一般僅限土壤表層活動，因此本方法一般僅對表層20厘米左右的土壌具有良好的重金屬去除作用，而對深層土壤的重金屬去除無能為力。另ー方面，由于藻類的生長需要一定的環境，尤其是其對重金屬的耐受和吸附有一定的限度，因此本方法僅對重金屬污染程度不高的土壤具有良好的修復作用，而對重金屬重度污染的土壤的修復效果一般。
具體實施例方式下面結合具體實施例對上述發明內容做進ー步闡述。下面提到的土壌重金屬含量是通過王水提取法結合原子吸收分光光度法測定的，所采集土壤樣品為土壤表面至15厘米深的柱狀樣品。蚯蚓體內重金屬含量的測定，首先將活的蚯蚓置于培養皿中吐泥3天，用蒸餾水洗凈，冷凍致死，于烘箱中105攝氏度烘4小時，取出冷卻后研磨過20目篩，隨后取蚯蚓粉末與燒杯中，用濃硝酸與高氯酸進行消化處理，隨后用原子吸收分光光度法測定。具體每種重金屬元素的分光光度法測定條件不再一一贅述。實施例1江蘇省宜興市某村，其一塊農業用地被某企業長期堆放鐵礦渣，在環境整治過程中鐵礦渣被去除，但是表層土壤已受到重金屬污染，該土壤屬于砂黃壌。2012年5月，將士壤進行松土，松土深度約為10-20厘米，使用來自安徽銅陵鐵尾礦上生物結皮中提取的藻類，將其培養至對數生長期，隨后將其稀釋成IO3/じ1噴灑至土壌中。一個多月之后，肉眼可見土壤表面以及土壌內部已經長了很多綠色以及褐色藻類。隨后投放蚯蚓，投放蚯蚓的種類為湖北環毛蚓。投放蚯蚓后兩個多月可見蚯蚓數量顯著增加，收獲大約半數的蚯蚓，收獲的蚯蚓作為魚餌銷售。在兩個月之后再次收獲大部分蚯蚓，井出
隹表I顯示了修復前、修復中、修復后土壤以及投放的和收獲的蚯蚓體內的重金屬含量。修復中的數據是在第一次收獲蚯蚓時測定。表I
權利要求
1.一種修復重金屬污染土壌的方法，該方法包括如下兩個步驟: (1)將重金屬從土壤團聚體中分離出來并進行富集； (2)將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環境中移除。
2.權利要求1中所述的修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于: 其中步驟(I)中將重金屬從土壤團聚體從分離并富集的方法是通過在土壌中接種具有吸收、富集重金屬的藻類進行的，具體包含如下步驟: A、獲取微藻并將其在液體培養液中進行培養，將處于對數生長期的微藻培養液進行稀釋，用培養液將藻類細胞密度稀釋至IO3-1O4/じ1 ； B、將步驟A中獲得的稀釋后的含藻類培養液噴灑到目標土壤上，噴灑時日平均溫度不低于15攝氏度，噴灑后如果土壤比較干燥，則對土壤進行澆灌，至土壌含水量達到10% (重量)以上； C、保持土壌濕度，使其藻類能正常生長，20 40天后即可采取下一歩措施； 而且上述步驟A中提到的微藻包括但是不限于小球藻屬(chlorella sp)，筒柱藻屬、cy lindrotheca sp.)，娃藻(diatom),奏形藻(Nitzschia sp.)，裂亞湊、schizochytriumsp.),杜氏藻屬(dunaliella),柵藻(Scenedesmus sp.),微綠球藻(Nannochloris sp.),衣藻屬(ch lamydomonas sp.),扁藻(Tetraselmis sp.),空球藻屬(Eudorina sp.)等；步驟A中提到的培養液包括但不限于BG-1l培養基、F/2培養基、walne培養基、TAP培養基以及其他任何經過修改的微藻培養基。
3.權利要求2中所述的修復重金屬污染土壌的方法，其特征在干， 其中步驟A中使用的微藻是從尾礦場的尾礦表面生物結皮中獲取的微藻，具體地說包含以下步驟: a、鏟取尾礦表面的生物結皮，將其輕輕揉碎，并將其過60 100目篩，去除大部分尾礦砂，獲得結皮中的藻類及苔蘚的混合物； b、將步驟a中獲得的藻類及苔蘚混合物置于常規藻類液體培養基中培養，培養方法按常規藻類培養方法進行，隨后對藻類進行分離，獲得可使用的含藻類的培養液。
4.權利要求1或2中所述的修復重金屬污染土壤的方法，其特征在于， 其中步驟(2)中將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環境中移除的方法是指通過在經過步驟(I)處理過的土壌中養殖并收獲蚯蚓而完成的，上述養殖的蚯蚓包括但不限于:背暗異唇蚓、赤子愛勝蚓、紅正蚓、直隸環毛蚓、秉氏環毛蚓、參環毛蚓、微小雙胸蚓、愛勝雙胸蚓、威廉環毛蚓、微小雙胸蚓、杜拉蚓、通俗環毛蚓、湖北環毛蚓和雙頤環毛蚓，根據土壤情況，有時需要在投放蚯蚓之前對土壤進行處理，當土壤不夠松軟，有板結情況時需要進行松土操作，投放蚯蚓后需要注意不能讓土壤過于干燥，必要時需對土壤進行澆灌。
5.權利要求4中所述的修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于，當蚯蚓數量達到飽和時，就可以收獲一部分蚯蚓，收獲的蚯蚓可以根據其種類加以利用，但是在利用時需要注意這些蚯蚓體內具有較高重金屬含量。
全文摘要
本發明提供了一種修復重金屬污染土壤的方法，所述方法的整體過程如下首先在土壤上繁育藻類，隨后利用藻類能夠吸收重金屬離子的特性，讓藻類在生長過程中大量吸附重金屬離子，當藻類生長較為旺盛之后養殖蚯蚓，蚯蚓喜食土壤中的有機物，藻類成為蚯蚓進食的首選，這樣藻類攜帶著重金屬離子便被蚯蚓吞食，重金屬離子隨著藻類有機質一起被蚯蚓的消化系統吸收，因此重金屬在蚯蚓體內富集。最后通過收獲蚯蚓的方式將重金屬從土壤系統中移除出去。
文檔編號B09C1/00GK103111460SQ20131005946
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者周亞強, 吳園文, 吳智仁, 蔣素英 申請人:艾特克控股集團有限公司