一種微生物和固化劑聯合修復重金屬污染土壤的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于污染土壤治理領域，特別涉及一種微生物和固化劑聯合修復重金屬污 染土壤的方法。
【背景技術】
[0002] 土壤污染是由于土壤中含有的有害物質過多，超過了土壤的自凈能力，從而引起 了土壤的組成、結構和功能發生變化，有害物質在土壤中逐漸累積，通過"土壤一植物一人 體"，或通過"土壤一水一人體"間接被人體吸收，達到危害人體健康的程度。土壤重金屬污 染主要包括汞（Hg)、鎘（Cd)、鉛（Pb)、鉻（Cr)和類金屬砷（As)等生物毒性顯著的元素，以及 有一定毒性的鋅（Zn)、銅（Cu)、鎳（Ni)等元素，重金屬污染元素在土壤中移動性差、滯留 時間長、只能發生形態的轉變和迀移，不能被微生物降解。歷史上發生的"骨痛病"和"水俁 病"就是由于重金屬污染而致病的典型案例。因此，探索土壤重金屬污染的有效修復方法成 為當務之急。
[0003] 目前，土壤重金屬污染傳統的治理修復方法通常為物理和化學的方法，如稀釋和 覆土法、玻璃化技術、熱處理技術、淋洗法、電化學法等，傳統的修復方法成本高、修復持續 時間長、見效慢、重金屬污染物一般形成絡合物，僅是降低重金屬的危害，并不能將重金屬 從土壤中除去，易造成土壤的二次污染。
[0004] 微生物修復技術指利用土壤中的某些微生物對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還 原等作用，使重金屬污染物被降解、被氧化、被還原、被脫除某些取代基等，從而降低土壤中 重金屬的毒性，并不能將重金屬污染元素去除，待微生物死后，容易造成土壤的二次污染。
[0005] 重金屬污染土壤固化修復技術是通過添加不同外源物質（即固化劑）固定土壤中 重金屬元素，達到降低重金屬迀移性和生物有效性的一種重要方法。由于操作方便和效果 快速，使其在污染土壤治理過程中有著不可代替的作用；目前主要的固化劑有水泥、石灰、 粉煤灰等，它們的適用面窄，成本高，而且有些固化劑本身存在二次污染，如粉煤灰，固化劑 長期固化效果不穩定等。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種操作簡單、成本低 廉、修復效果好、不破壞土壤肥力、直接將重金屬離子去除，不存在土壤的二次污染，適用于 大面積污染土壤治理的微生物和固化劑聯合修復重金屬污染土壤的方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是： 一種微生物和固化劑聯合修復重金屬污染土壤的方法，包括以下步驟： 1) 將趨磁細菌與重金屬污染土壤的表層混合均勻，培養20~30天； 2) 灌溉所述重金屬污染的土壤，使重金屬污染土壤保持淹水狀態，并在所述重金屬污 染的土壤上面設置磁場，保持35~45天； 3) 改變磁場方向，磁場強度保持不變，保持45~55天； 4) 收集步驟3)中磁場方向的重金屬污染土壤表層厚度10~15cm的土壤； 5) 淋洗步驟4)所述收集的重金屬污染的土壤，使趨磁細菌與土壤分離，重復淋洗4~5 次，然后將淋洗過的土壤填回原處； 6) 將固化劑放置在一個多孔隙硬質殼體內形成多孔隙硬質塑囊，將所述多孔隙硬質塑 囊埋于步驟1)中經趨磁細菌處理過的重金屬污染的土壤中，20~25天后取出； 7) 循環重復執行步驟1) ~步驟6)，直至土壤中重金屬的含量達到安全標準。
[0008] 優選的，步驟1)中趨磁細菌的接種比例為每平方米重金屬污染的土壤中接種 7. 0 X 10s~9. 0 X IO9個趨磁細菌。
[0009] 優選的，步驟2)所述磁場方向背離地面向上，磁場強度為200~500高斯，步驟3) 所述磁場方向平行于地面。
[0010] 優選的，步驟6)所述固化劑由55~60重量份的水泥、5~6重量份的硫化鉀、120~150 重量份的硅藻土、38~42重量份的二乙醇胺、5~8重量份的丙烯酰胺和6~10重量份的丙烯酸 鉀組成。
[0011] 優選的，步驟6)所述多孔隙硬質殼體是直徑為35~45mm的球形塑料殼，其上均勻 設置45~65個直徑為1~L 5mm的孔。
[0012] 優選的，所述球形塑料殼由兩個半球形塑料殼組成，兩個半球形塑料殼螺紋連接。
[0013] 優選的，所述多孔隙硬質塑囊植入深度為20~30cm，植入密度為每畝地80~100個。
[0014] 本發明的有益效果： 1.趨磁細菌屬于革蘭氏陰性菌，是專性微好氧、兼性或專性厭氧細菌，具有負趨氧特 性，細胞內有沿菌體長軸排列、由膜包被的磁小體顆粒鏈，在磁場的作用下可以定向運動， 而且對重金屬有較強的吸附能力；在地磁場的作用下趨磁細菌可以向地下深處移動，由于 地磁場的作用力很弱，在土壤表面設置磁場，并通過控制磁場的方向使趨磁細菌集中在小 面積內，步驟2)中灌溉重金屬污染土壤的目的是降低土壤表層的含氧量，創造有利于趨磁 細菌生存的環境。
[0015] 2.趨磁細菌對重金屬離子的吸附是以細胞表面的吸附為主，所以趨磁細菌吸附 重金屬的速度很快，在其移動的過程中有效吸附土壤中的重金屬，大大降低了土壤中重金 屬的積累量；同時也不會造成土壤的二次污染。
[0016] 3.本發明步驟5)得到的淋洗液回收重金屬，一方面防止重金屬在回到土壤或者 水體，另一方面回收的重金屬具有很高的附加價值，可以增加收益。趨磁細菌的回收率達到 90%以上，淋洗液重金屬回收率達到99%以上，有利于重金屬污染土壤的修復。
[0017] 4.固化劑位于多孔隙硬質塑囊內，吸收、固化重金屬，并向土壤中釋放K+，有利于 農作物的成長發育，提高土壤肥力；多孔隙硬質塑囊又便于回收，避免造成土壤的二次污 染。
[0018] 總之，本發明提供的一種微生物和固化劑聯合修復重金屬污染土壤的方法與傳統 的污染土壤治理方法相比，具有投資少、技術要求不高、操作簡單、修復效果好、不破壞土壤 肥力、不存在土壤的二次污染、適用于大面積污染土壤治理的優勢。
【具體實施方式】
[0019] 以下通過實施例對本發明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業 技術人員的理解： 趨磁細菌的提取方法：將天津市紀莊子污水處理廠的活性污泥與已經過滅菌降至室 溫的富集培養基按1 :2的體積比混合均勻，放入廣口瓶中，用已滅菌的紗布封住瓶口， 28°C靜置避光培養30 d，用趨磁細菌收集器收集趨磁細菌(具體參考：劉琚，周培國，張齊 生.趨磁細菌處理含Cu、Zn廢水的應用研究[J].環境科技，2013(26)4:20-24)。將收 集的趨磁細菌按照10%的接種量，接種到富集培養基，靜止避光、23°C下、當菌液濃度達到 7. OX 109~9. OX IO9個/mL的時候，測定吸附重金屬的性能，具體如下： 取菌液l〇ml，加到100mL的Fe3+離子含量50mg/L、Ni 3+離子含量10mg/L、Cu3+離子含 量30mg/L、Pb2+離子含量20mg/L、Cr 3+離子含量40mg/L的溶液中28°C下培養2h，測定水 中Fe3+、Ni 3+、Cu' Pb2+和Cr 3+離子的含量，Fe 3+、Ni 3+、Cu3+、Pb2+和Cr 3+離子吸附率分別達 到70%以上，即作為本發明的趨磁細菌使用。本發明中的趨磁細菌可以從其它活性污泥或 者重金屬污染的土壤中分離，也可以使是現有公開的趨磁細菌菌株，只要其吸附率得到要 求即可。以下實施例中的所用到的趨磁細菌是按照上述方法篩選到的，不再贅述。
[0020] 富集培養基的組成為：2000mg/L C6H12O6, 2000 mg/L (NH4)2SO4, 700 mg/L KH2PO4, 700 mg/L K2HPO4, 20 mg/L MgSO4 · 7H20, 20 mg/L ZnSO4, 25 mg/L MnSO40
[0021] 本發明水泥作為主要的膠結劑在較高的堿性環境下容易和重金屬離子形成難溶 的復合物，從而固定住重金屬離子；硅藻土具有很強的吸附作用，用來吸附土壤中重金屬離 子，并且可以利用