一种化工区土壤的生态修复方法
【专利摘要】本发明提供了一种化工区土壤的生态修复方法，包括以下步骤：检测化工区土壤的污染指标；深耕，将地表下方不少于30cm的泥土翻起，疏松土壤，浇水淋湿；按30~50ppm/m2的用量将复合微生物菌剂投放到土壤中；向土壤投放陆生无脊椎动物；在土壤上种植植物；检测化工区土壤的污染指标；间隔30~60天，重复上述步骤，直至土壤土质符合要求。本发明提供的化工区土壤的生态修复方法，使土壤恢复生物多样化，从根本上改善土壤土质和恢复土壤自净能力，有效的消除污染现象。本方法是对自然界自我恢复能力、自净能力的一种强化，同时还具有运行成本低和治污效果好的优点。
【专利说明】
一种化工区土壤的生态修复方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种应用于环保领域的生态修复方法，尤其是一种化工区土壤的生态 修复方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的加速发展，人类对化工产品的需求越来越多，化工厂也在全国各 地的化学工业区大量开设。在带来经济效益的同时，化工厂产生大量的污染物，有些污染物 如重金属镉、铅，丙烯腈，双环及三环以上的多环芳烃，没有经过处理就直接排放，这些污染 物渗入到土壤中，杀死土壤中的微生物，改变土壤成分，改变地表生态，造成化工厂周边区 域严重的土壤污染，受污染的区域甚至寸草不生。
[0003] 土壤污染源来源于无机污染物和有机污染物。针对受污染的化工区土壤的治理方 法，大致可归结为物理法、化学法以及生物法，物理方法采用置换客土、压沙，这些只能作为 简易的辅助手段，不能从根本上解决问题，而且耗费大量人力物力，效果甚微。化学方法，如 加入土壤松土剂、降酸碱剂、增肥剂等多种土壤改良产品，但是易造成二次污染;生物方法， 如增施有机肥料，种植植物，但是由于没有改良土壤，植物存活率低，效果也不显著。
[0004] 现有技术针对化工区土壤的处理方法尽管可以取得一定的效果，但是由于化工区 土壤的生态系统已经遭到了破坏，缺少生物多样性，化工区土壤系统对外界环境的冲击缺 乏缓冲处理能力，因此化工区土壤的处理效果难以维持，也没有达到完全修复好化工区土 壤的目的。
【发明内容】
[0005] 为解决受污染的化工区土壤的治理问题，本发明提供了一种化工区土壤的生态修 复方法，使土壤恢复生物多样化，从根本上改善土壤土质和恢复土壤自净能力，有效的消除 污染现象。本方法是对自然界自我恢复能力、自净能力的一种强化，同时还具有运行成本 低、工程造价低和治污效果显著的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种化工区土壤的生态修复方法，包括以下步骤： (1) 检测化工区土壤的污染指标； (2) 深耕，将地表下方不少于30cm的泥土翻起，疏松土壤，浇水淋湿； (3) 按30~50ppm/m2的用量将复合微生物菌剂投放到土壤中； (4) 向土壤投放陆生无脊椎动物； (5) 在土壤上种植植物； (6) 检测化工区土壤的污染指标； (7) 间隔30~60天，重复(2M6)步骤，直至土壤土质符合要求； 所述复合微生物菌剂，其特征在于，包括基质、光合细菌、鼻疽诺卡氏菌、珊瑚诺卡氏 菌、弗氏柠檬酸杆菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌、硝化菌和生 物酶制剂； 所述的陆生无脊椎动物包括蚯蚓、蚂蚁、蜈蚣的至少一种。
[0007] 所述植物包括印度芥菜、木薯、胡枝子、甘薯、田菁、草木犀的至少一种。
[0008] 所述的复合微生物菌剂，按重量份数由以下组分组成： 基质 30~70， 光合细菌 10-50， 鼻疽诺卡氏菌 20~40， 珊瑚诺卡氏菌 10~30， 弗氏梓檬酸杆菌10~50， 乳酸菌 5~30， 枯草芽孢杆菌 10~20， 地衣芽孢杆菌 5~20， 沼泽红假单胞菌8~30， 硝化菌 20~30， 生物酶制剂 20~60。
[0009 ]所述的基质为草木灰、硅藻土、海藻酸钠的至少一种。
[0010] 所述的生物酶制剂为酸性蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶的混合物。
[0011] 所述的生物酶制剂，按重量份数由以下组分组成： 酸性蛋白酶20~60， 淀粉酶10~20， 纤维素酶1〇~30。
[0012] 本发明所述的检测化工区土壤的污染指标是以苯并[a]芘含量、丙烯腈含量、铜含 量、铅含量和镉含量为主要检测指标，苯并[a]芘含量采用反相高效液相色谱法进行测定， 铜含量、铅含量和镉含量的检测采用《土壤环境质量标准GB 15618-1995》的火焰原子吸收 分光光度法测定和石墨炉原子吸收分光光度法方法进行测定，丙烯腈采用电化学原理丙 烯腈检测仪进行检测。
[0013]本发明所述的深耕，具有翻土、松土、混土、碎土的作用，将地表下方不少于30cm的 泥土翻起，疏松土壤，加厚耕层，改善土壤的水、气、热状况，之后饶水淋湿土壤，对陆生无脊 椎动物和植物的生长营造一个良性循环的微生态系统，也为复合微生物菌剂发挥作用提供 适宜的土壤湿度条件。
[0014] 所述的陆生无脊椎动物包括蚯蚓、蚂蚁、蜈蚣的至少一种。所述的蚯蚓是常见的一 种陆生环节动物，生活在土壤中，昼伏夜出，以畜禽粪便和有机废物垃圾为食，连同泥土一 同吞入，也摄食植物的茎叶等碎片。蚯蚓可使土壤疏松，改良土壤，不但其中的有机质可以 作为它们的食料，且矿物成分也受到机械研磨和各种消化酶的生物化学作用而发生变化， 进而优化土壤的理化性质。
[0015] 所述的蚂蚁是自然界常见的蚂蚁，尤其是指黑蚁。蚂蚁一般都会在地下筑巢，蚂蚁 巢穴有着良好的排水、通风措施。研究表明，蚂蚁筑巢对改善土壤理化性质、提高土壤保水 能力、固定流沙等方面有着重要的作用，为植物特别是幼苗的生长创造了优良条件，提高的 种子的萌发率和幼苗成活率。与邻近土壤相比，蚂蚁巢穴土壤的pH值发生变化，蚂蚁巢穴的 有机质、氮、磷、钾含量升高，钾、钠、钙、镁等离子也出现富集现象。蚂蚁在吸收自己需要的 营养元素的同时，不断地将吃剩的食物及排泄物一一尿酸及粪便弃于土壤中，同时蚂蚁搬 运的食物一一动物尸体和蚜虫蜜露等在蚁穴富集，最终导致有机质含量增加，直接增加了 氮磷钾的含量。
[0016] 所述植物包括印度芥菜、木薯、胡枝子、甘薯、田菁、草木犀的至少一种。所述的印 度芥菜为一种高产、生长快的双二倍体十字花科植物。作为植物土壤修复引进的植物，印度 芥菜对特定的金属具有超级富集作用，对〇(1、(>、附、211、〇1)11、5 6、？13等多种重金属都具有 较高的富集能力，尤其对Cd的富集最为明显。
[0017] 所述的胡枝子为豆科植物，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄、耐酸性、耐盐碱的特性，对土 壤适应性强，在瘠薄的新开垦地上也可以生长，有很强的生命力。胡枝子由于枝叶茂盛和根 系发达，可有效地保持水土，减少地表径流和改善地壤结构。
[0018] 本发明所述的复合微生物菌剂中的基质，为草木灰、硅藻土、海藻酸钠的至少一 种，为菌种和酶类提供载体。所述的草木灰是草本和木本植物燃烧后残留的灰烬物质，所以 是凡植物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有，故为很好的肥料，也是很好的复合微生物 菌剂中的基质。草木灰含有钾、磷、钙、镁、硅、硫，还含有铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量元素。草 木灰含量最多的是钾元素，其中90%以上是水溶性，以碳酸盐形式存在；其次是磷，一般含 1.5-3%〇
[0019]所述的复合微生物菌剂中的光合细菌，属于独立营养微生物，光合细菌以接受光 和热为能量，以有机物或者有害气体为基质，合成氨基酸、核酸等含氮化合物和糖类等多种 生理活性物质。光合细菌的代谢物有些成为其他微生物繁殖的基质，故能为本发明中的复 合微生物菌剂的其他细菌提供营养。
[0020]本发明所述的复合微生物菌剂中的鼻疽诺卡氏菌，属于诺卡式菌科的一种，广泛 存在于自然界中。发明人发现，将鼻疽诺卡氏菌附着于本发明的基质上，配合生物酶，能够 与所述微生物菌剂中的其他菌类协同发挥作用，尤其在对漂染废弃物中的芳香类有机物有 很强的降解能力。此外，当土壤的pH范围为3.8~4时，复合微生物菌剂的鼻疽诺卡氏菌能发 挥最大的降解污染物的活性。
[0021 ]所述的复合微生物菌剂中的珊瑚诺卡氏菌，也属于诺卡式菌科的一种。诺卡氏菌 对腈纶废弃物中的丙烯腈降解的速度快、效果好。珊瑚诺卡氏菌经诱导后能产生丙烯腈水 解酶系，使丙烯腈水解成丙烯酰胺和氨，然后继续水解形成丙烯酸，最后放出C0 2和水。珊瑚 诺卡氏菌对丙烯腈降解能力很强，在25分钟时间内消除250 mg丙烯腈。本发明利用了珊瑚 诺卡氏菌的这一特点，并将珊瑚诺卡氏菌和其他菌类制成复合微生物菌剂，运用于产生含 有丙烯腈的化工厂土壤的治理。
[0022] 所述的复合微生物菌剂中的弗氏柠檬酸杆菌，需氧或兼性厌氧，广泛分布于自然 界中，属于硫酸盐还原菌，有研究表明，弗氏柠檬酸杆菌通过附着于铜合金表面上，吸附成 膜，并逐渐增大生物膜层，逐步腐蚀铜合金，最终达到降解的效果。
[0023] 本发明所述的复合微生物菌剂中的乳酸菌，是一类能利用可发酵碳水化合物产生 大量乳酸的细菌。这类细菌在自然界分布极为广泛，具有丰富的物种多样性。乳酸菌有很强 的抑菌能力，特别是抑制有害微生物的繁殖以及有机物的急剧腐败分解。在本发明中，乳酸 菌还为鼻疽诺卡氏菌发挥降解作用提供pH范围为3.8~4的局部酸性微环境，协同发挥治污 作用。
[0024]所述的复合微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种，广泛分布在土 壤及腐败的有机物中，在生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活 性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用。枯草芽孢 杆菌产生乳酸等有机酸类，降低局部微环境pH值，间接抑制其它致病菌生长。枯草芽孢杆菌 菌体自身合成淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类，在局部微环境内与复合微生物 菌剂的生物酶类一同发挥作用。
[0025]化工区土壤中的多氯联苯(PCB)是一种很难分解的大分子毒物，容易通过食物链 而富集。只有少数微生物如假单胞菌属和无色杆菌属才能。本发明发现，本发明提供的复合 微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌和硝化菌协同作用，使多氯 联苯在脱氯和开环后，形成苯甲酸和苯丙酮酸，逐步进行分解。同时，上述的复合微生物菌 剂可以降解一些多环芳烃类致癌物质，如蒽和菲等。
[0026] 本发明所述的生物酶制剂，包括酸性蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶。本发明的生物酶 制剂在土壤净化中起了重要作用，不仅能分解土壤中的高分子化合物，使大分子变成小分 子，使难溶的物质变成易溶的，还能激活土壤泥土中的土著微生物，在短时间内调整某些微 生物的适应性，达到定向驯化。更重要的是，生物酶制剂中的酶协同菌种形成一个良性的局 部微环境，在转移、转化和降解污染物上发挥了重要的作用。
[0027] 本发明与现有技术相比，具有以下技术优点和有益效果： (1)在本发明中，通过复合微生物菌剂的菌种和酶类，协同植物和陆生无脊椎动物进行 化工区土壤生态修复，使土壤生物多样性，达到增强土壤的自净能力和增强土壤物质循环 的技术效果。本发明以光合细菌提供营养，在乳酸菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红 假单胞菌和硝化菌在发挥降解作用的同时，在土壤协同中酸性蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和 脂肪酶形成一个良性的局部酸性微环境，为鼻疽诺卡氏菌、珊瑚诺卡氏菌和弗氏柠檬酸杆 菌降解有机物、降解金属合金提供帮助，达到治理土壤污染的大协同作用和效果。
[0028] (2)在对污染物降解后，土壤中的污染物就减少了，有效地解决了土壤的无机污染 物和有机污染物的污染问题，土质得到了改善，也为陆生无脊椎动物和植物的生存创造条 件，恢复了生物多样性。植物生长茂盛、青翠，翻开表层泥土，明显可见蚯蚓、线虫等土生动 物。
[0029] (3)本发明将蚯蚓、蚂蚁、印度芥菜和胡枝子引入土质生态修复，可以有效地保持 水土，减少地表径流和改善地壤结构，增加土质营养转化途径、调控和微生物生长速度，提 高土质净化效果，大大提高土质生态修复的效果。
[0030] (4)本发明提供的化工区土壤的生态修复方法，是对自然界自我恢复能力、自净能 力的一种强化，同时还具有运行成本低、工程造价低和治污效果的优点。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的范围。
[0032] 本发明除特别说明外，所用的原料或试剂市售可得。菌剂大部分由扬州市海诚生 物技术有限公司、德丰生物技术有限公司和广州多宇多生物科技有限公司购进。本发明检 测化工区土壤的污染指标是以苯并[a]芘含量、丙烯腈含量、砷含量、铅含量和镉含量为主 要检测指标，苯并[a]芘含量采用反相高效液相色谱法进行测定，砷含量、铅含量和镉含量 的检测采用《土壤环境质量标准GB 15618-1995》的火焰原子吸收分光光度法测定和石墨炉 原子吸收分光光度法方法进行测定，丙烯腈采用电化学原理丙烯腈检测仪进行检测。 [0033]实施例1:广东惠州市大亚湾经济开发区某化工区的土壤生态修复 大亚湾经济开发区某化工区石油化工企业林立，包括炼油厂、化纤厂、化工厂等30多 家，其产生的废弃物成分复杂，有些企业没有经过完全处理就排放，长期以来，造成了周边 化工区土壤的污染。尤其是一些工业废水渗入土壤，导致土壤的污染程度很高，土壤暗黑， 有异味。经检测，土壤的污染指标如下：苯并[a]芘含量为145.21mg/kg、丙烯腈含量 122 ? 48mg/kg、铜含量115 ? 60mg/kg、铅含量109 ? 74mg/kg 和镉含量 2 ? 56mg/kg。
[0034]本实施例采用本发明的一种化工区土壤的生态修复方法，包括以下步骤： (1)检测化工区土壤的污染指标； (2 )深耕，将地表下方30cm的泥土翻起，疏松土壤，浇水淋湿； (3) 按50ppm/m2的用量将复合微生物菌剂投放到土壤中； (4) 向土壤投放陆生无脊椎动物； (5) 在土壤上种植植物； (6) 检测化工区土壤的污染指标； (7) 间隔30天，重复(2M6)步骤，直至土壤土质符合要求； 所述复合微生物菌剂，其特征在于，包括基质、光合细菌、鼻疽诺卡氏菌、珊瑚诺卡氏 菌、弗氏柠檬酸杆菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌、硝化菌和生 物酶制剂； 所述陆生无脊椎动物包括蚯蚓和蚂蚁，所述的植物包括印度芥菜、木薯、胡枝子、甘薯、 田菁和草木犀。
[0035] 所述的复合微生物菌剂，按重量份数由以下组分组成： 草木灰 40， 娃藻土 35， 光合细菌 50， 鼻疽诺卡氏菌 40， 珊瑚诺卡氏菌 30， 弗氏柠檬酸杆菌40， 乳酸菌 30， 枯草芽孢杆菌 15， 地衣芽孢杆菌 20， 沼泽红假单胞菌20， 硝化菌 20， 生物酶制剂 60。
[0036] 所述的生物酶制剂，按重量份数由以下组分组成： 酸性蛋白酶 40， 淀粉酶 15， 纤维素酶 20。
[0037] 在本实施例中，具有强大的生命力的植物印度芥菜、木薯、胡枝子、甘薯、田菁和草 木犀先生长起来，之后菌剂和酶类协同植物和陆生无脊椎动物进行土壤土质生态修复，使 土质生物多样性，达到增强土壤土质的自净能力和增强土壤土质物质循环的技术效果。
[0038] 本实施例中的乳酸菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌和硝化菌在 发挥降解作用的同时，在土壤中协同酸性蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和脂肪酶形成一个良性 的局部酸性微环境，为鼻疽诺卡氏菌、珊瑚诺卡氏菌和弗氏柠檬酸杆菌降解有机物、降解金 属合金提供了帮助。
[0039]菌剂在对污染物降解后，土质中的污染物减少了，有效地解决了土质受无机污染 物和有机污染物污染的问题，土质的重金属逐渐减少，土质得到了改善，又为陆生动物和植 物的生存创造条件。
[0040] 本实施例还将蚂蚁引入土质生态修复工程，采用投放蚂蚁的方法使其在地下筑 巢，改善了土壤理化性质、提高土壤保水能力、固定流沙等方面有着重要的作用，为植物特 别是幼苗的生长创造了优良条件，提高的种子的萌发率和幼苗成活率，达到生物多样性的 目的。之后，土壤土质中的生物族群开始繁荣，土壤恢复了生物多样性。在对化工区土壤生 态修复60、120和180天后，检测土壤土质的污染指标，结果如下： 表1实施例1 土质生态修复结果
由表1可知，化工区土壤的土质随着本发明的生态修复方法介入之后，几个污染指标苯 并[a]芘含量、丙烯腈含量、砷含量、铅含量和镉含量的检测结果逐步下降，尤其是苯并[a] 芘含量检测结果，从l〇5.21mg/kg下降到180天后的1.45mg/kg，效果显著。检测指标都符合 我国的土壤环境质量一级标准。在修复240天后，查看修复效果，植物生长茂盛、青翠，翻开 表层泥土，明显可见蚯蚓、线虫等土生动物。这表明，本发明的方法可以从根本上修复生态， 对自然界自我恢复能力、自净能力进行强化，同时还具有运行成本低、工程造价低和治污效 果显著的优点。
[0041] 以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理 解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发 明的保护范围。
【主权项】
1. 一种化工区土壤的生态修复方法，包括以下步骤： (1)检测化工区土壤的污染指标； (2 )深耕，将地表下方不少于30cm的泥土翻起，疏松土壤，浇水淋湿； (3) 按30~50ppm/m2的用量将复合微生物菌剂投放到土壤中； (4) 向土壤投放陆生无脊椎动物； (5) 在土壤上种植植物； (6) 检测化工区土壤的污染指标； (7) 间隔30~60天，重复(2M6)步骤，直至土壤土质符合要求； 所述复合微生物菌剂，其特征在于，包括基质、光合细菌、鼻疽诺卡氏菌、珊瑚诺卡氏 菌、弗氏柠檬酸杆菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌、硝化菌和生 物酶制剂； 所述陆生无脊椎动物包括蚯蚓、蚂蚁、蜈蚣的至少一种。2. 根据权利要求1所述的化工区土壤的生态修复方法，其特征在于，所述植物包括印度 芥菜、木薯、胡枝子、甘薯、田菁、草木犀的至少一种。3. 根据权利要求1所述的化工区土壤的生态修复方法，其特征在于，所述的复合微生物 菌剂，按重量份数由以下组分组成： 基质 30~70， 光合细菌 10-50， 鼻疽诺卡氏菌 20~40， 珊瑚诺卡氏菌 10~30， 弗氏梓檬酸杆菌10~50， 乳酸菌 5~30， 枯草芽孢杆菌 10~20， 地衣芽孢杆菌 5~20， 沼泽红假单胞菌8~30， 硝化菌 20~30， 生物酶制剂 20~60。4. 根据权利要求3所述的化工区土壤的生态修复方法，其特征在于，所述的基质为草木 灰、硅藻土、海藻酸钠的至少一种。5. 根据权利要求3所述的化工区土壤的生态修复方法，其特征在于，所述的生物酶制剂 为酸性蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶的混合物。6. 根据权利要求3或5所述的化工区土壤的生态修复方法，其特征在于，所述的生物酶 制剂，按重量份数由以下组分组成： 酸性蛋白酶20~60， 淀粉酶10~20， 纤维素酶1〇~30。
【文档编号】B09C1/10GK106001103SQ201610485156
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】王毅, 谢天寿, 孙长才
【申请人】惠州市东江园林工程有限公司