一种重金属污染土壤的微生物修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤微生物修复领域，涉及微生物原位修复，尤其是一种重金属污染 土壤的微生物修复方法。
【背景技术】
[0002] 土壤污染是由于土壤中含有的有害物质过多，超过了土壤的自净能力，从而引起 了土壤的组成、结构和功能发生变化，有害物质在土壤中逐渐累积，通过"土壤一植物一人 体"，或通过"土壤一水一人体"间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度。土壤重金属污 染主要包括汞（Hg)、镉（Cd)、铅（Pb)、铬（Cr)和类金属砷（As)等生物毒性显著的元素，以及 有一定毒性的锌（Zn)、铜（Cu)、镍（Ni)等元素，重金属污染元素在土壤中移动性差、滞留 时间长、只能发生形态的转变和迀移，不能被微生物降解。历史上发生的"骨痛病"和"水俣 病"就是由于重金属污染而致病的典型案例。因此，探索土壤重金属污染的有效修复方法成 为当务之急。
[0003] 目前，土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状 态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。方法主要有工程物理化学法，包 括：客土法、冲洗络合法、电动化学法、热处理法等，不适合污染面积较大的土壤；生物修复 法包括：植物修复、微生物修复和动物修复等，植物和低等动物修复法对土壤修复的效果 不太显著；微生物修复利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作 用，从而降低土壤中重金属的毒性。该技术可以使重金属污染物从土壤中去除，对周围环境 影响较小，不会产生二次污染，具有的巨大土壤修复潜力。但现有的重金属污染土壤的微生 物修复技术存在一定的局限性，如微生物修复持续时间长、见效慢、一般形成络合物降低重 金属的危害，并不能将重金属从土壤中除去。
[0004] 趋磁细菌属于革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特 性，细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在地磁场的作用下可以定向运 动，而且对重金属有较强的吸附能力。目前，国内外已有关于趋磁细菌吸附水体中重金属的 研究，但是对于趋磁细菌修复重金属污染的土壤尚未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低 廉、修复效果好、不破坏土壤肥力、不存二次污染的微生物原位修复方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现的： 一种重金属污染土壤的微生物修复方法，包括以下步骤： 步骤一，分离趋磁细菌： 利用趋磁细菌收集器从水下污泥表面部分分离得到趋磁细菌； 步骤二，趋磁细菌的培养： 将步骤一中分离得到的趋磁细菌按照每毫升液体培养基中接种7X 107~1. 5X IO8个细 菌，在黑暗条件下进行培养，液体培养基的pH为4~7,培养温度为20~30°C，培养15~25d后， 获得处于生长对数期的培养液，每毫升培养液中含有I. 5X 10s~3. 5X IO8个趋磁细菌； 步骤三，趋磁细菌修复重金属污染土壤： 将步骤二中得到的培养液，加入到被重金属污染的土壤中，添加比例：每亩地重金属污 染的土壤中喷施10~30L培养液，翻耕表层土壤，使趋磁细菌与被重金属污染的土壤充分混 合，趋磁细菌在地磁场的作用下向土壤深处移动，吸附深层土壤中的重金属； 步骤四，趋磁细菌的回收： 15~20天后，灌溉步骤三中土壤，使重金属污染土壤保持淹水状态，在土壤上面放上磁 铁，使趋磁细菌由土壤深层回到土壤的表面； 步骤五，趋磁细菌与重金属的分离： 经过20~25天之后收集步骤四中与磁铁接触的表面土壤，并用水淋洗，收集淋洗液，提 取重金属，淋洗后的土壤回填原处。
[0007] 优选的，所述步骤一中利用趋磁细菌收集器从水下污泥表面分离得到趋磁细菌的 具体方法为： 1) 取已灭菌、干燥的培养皿，并在培养皿内设置铁丝网，取水下表面0. 5~lcm处的污泥 放入培养皿中，盖住铁丝网； 2) 在已灭菌的趋磁细菌收集器内装满无菌水，并在趋磁细菌收集器的开口端盖上一层 滤纸，将趋磁细菌收集器迅速倒扣在所述铁丝网上； 3) 在趋磁细菌收集器的底部放一磁铁，N极朝上，静置4~5h后，用无菌注射器从取样孔 收集趋磁细菌。
[0008] 优选的，步骤一中的趋磁细菌收集器由塑料管1和隔板3构成，塑料管1的一端开 口，另一端的中心留有取样孔2,隔板3位于塑料管1的中间位置，隔板3的中间留有连通的 孔。
[0009] 优选的，步骤四中的磁铁S极与土壤接触。
[0010] 优选的，步骤五中收集的重金属土壤深度为8~12cm。
[0011] 优选的，所述重金属污染的土壤类型为黄壤或红壤，pH为4~6。
[0012] 优选的，所述重金属污染的土壤中含有Pb、Ni、Cu中的一种或一种以上重金属元 素。
[0013] 优选的，所述重金属污染土壤中Pb元素的浓度为500~3000 mg/kg \ Ni元素的浓 度为 300~1000 mg/kg \ Cu 元素的浓度为 400~2000 mg/kg 1O
[0014] 步骤一中分离得到的趋磁细菌首先要进行吸附率检测，将趋磁细菌置于提前配制 好的含有Pb、Ni、Cu中的任何一种重金属的溶液中，其中Pb、Ni、Cu的浓度分别为400、70、 120 mg/kg \当趋磁细菌的吸附率均达到30%以上时，才可以将趋磁细菌用于土壤重金属污 染的治理。
[0015] 本发明的有益效果： 本发明提供一种重金属污染土壤的微生物修复方法，选用的是趋磁细菌，趋磁细菌均 属于革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特性，有鞭毛，细胞内 有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在磁场的作用下可以定向运动。
[0016] 由于地磁场的作用力很弱，在土壤表面放上磁铁，并灌溉重金属污染的土壤，降低 土壤表面的含氧量，创造适合趋磁细菌生长的环境；既而，可以使趋磁细菌向土壤表面移 动，而且趋磁细菌吸附重金属的速度很快，在其移动的过程中可以有效吸附土壤中的重金 属，大大降低了土壤中重金属的积累量。该方法属于原位修复，操作简单、成本低廉、修复效 果好、不破坏土壤肥力、不存在土壤的二次污染；并且趋磁细菌在吸附重金属以后可以通过 磁分离器进行分离，有利于重金属的回收利用。
【附图说明】
[0017] 图1为趋磁细菌收集器的结构示意图。
[0018] 图中：1塑料管、2取样孔、3隔板。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过具体的实施例来进一步叙述本发明，需要说明的是以下实施例是说明性 的，而非限定的。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些 实施方式中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
[0020] 如图1所示，本发明提供一种重金属污染土壤的微生物修复方法，包括以下几个 步骤： 步骤一，分离趋磁细菌： 利用趋磁细菌收集器从不同地区的水下污泥表面部分分离得到不同种类的趋磁细 菌； 利用趋磁细菌收集器从水下污泥表面分离得到趋磁细菌的具体方法为： 1) 取已灭菌、干燥的培养皿，并在培养皿内设置铁丝网，取水下表面0. 5~lcm处的部分 污泥放入所述培养皿中，盖住铁丝网； 2) 在趋磁细菌收集器的取样孔2上塞入橡胶塞，灭菌，向已灭菌的趋磁细菌收集器 内装满无菌水，在所述趋磁细菌收集器的开口端盖上一层滤纸，并迅速倒扣在所述铁丝网 上； 3) 在所述趋磁细菌收集器的底部放一块磁铁，N极朝上，静置4-5h后，用无菌注射器从 取样孔2收集趋磁细菌。
[0021] 步骤二，趋磁细菌的培养： 将步骤一中分离得到的趋磁细菌按照每毫升液体培养基中接种7X 107~1. 5X IO8个细 菌，在黑暗条件下进行培养，液体培养基的PH为4~7,培养温度为20~30°C，测定细菌生长曲 线，培养15~25d后，获得处于生长对数期的培养液，测定培养液的浓度为每毫升培养液中 含有I. 5 X 10s~3. 5 X IO8个趋磁细菌； 趋磁细菌的液体培养基为：每IL去离子水中含维生素混合液2~5ml，无机盐混合液 I. 5~5. OmL，醋酸钠 210~300mg，氯化铵 60~74mg，维生素 B 9~14 μ g，刃天青 0· 4~L Omg，奎尼 酸铁 25~35 μ mol，巯基乙酸钠 50~65mg，加入NaOH调 pH值至 4~7, 120~150°C灭菌 30~50min。
[0022] 步骤三，趋磁细菌修复重金属污染土壤： 将步骤二中得到的培养液，加入到被重金属污染的土壤中，添加比例满足每亩地重金 属污染的土壤中接种10~30L培养液，翻耕表层土壤，使趋磁细菌与土壤表面被重金属污染 的土壤充分混合，趋磁细菌在地磁场的作用下向土壤深处移动，吸附深层土壤中的重金属， 减少土壤中的重金属含量； 步骤四，趋磁细菌的回收： 15~20天后，给步骤三中的土壤灌溉，使重金属污染土壤保持淹水状态，降低土壤中的 氧含量，并在土壤上面放上磁铁，磁铁的S极与土壤接触，促使趋磁细菌由土壤深层回到土 壤的表面； 步骤五，趋磁细菌与重金属的分离： 经过20~25天之后收集步骤四中与磁铁