一种基于微生物的处理土壤中重金属的方法

本发明涉及土壤微生物修复领域，具体涉及一种基于微生物的处理土壤中重金属的方法。

背景技术：

1、重金属土壤是指土壤中重金属元素含量明显高于其自然背景值，矿区的重金属土壤通常是由于废弃物、废水和废气的随意排放而造成的，重金属污染土壤肥力下降，植物难以生长，从而会导致环境污染和土地资源浪费，因此，需要对重金属土壤进行处理，以降低其重金属含量，减少污染。

2、微生物生长周期短、修复成本低且不会造成二次污染，从而对重金属土壤处理具有极大优势，目前，现有的微生物处理方式大都是直接将微生物投入重金属土壤中，利用微生物的生物吸附和累积能力来吸附重金属，从而降低重金属的毒害作用，但是，由于微生物移动缓慢，导致此方法见效慢、持续时间长，使得重金属去除率相对较低，此外，处理后的重金属仍在土壤中，并不能将重金属从土壤中分离并除去，长此累积，将导致土壤品质降低。

3、因此，我们提出了一种见效快、能够将重金属从土壤中分离并除去的基于微生物的处理土壤中重金属的方法，以提高土壤品质。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于微生物的处理土壤中重金属的方法。

2、一种基于微生物的处理土壤中重金属的方法，包括如下步骤：

3、s1：加入苯乙烯磺酸进行改性反应

4、将壳聚糖和乙酸溶液充分混合溶解，再通入氮气排尽空气，然后加入过硫酸铵进行引发，最后加入苯乙烯磺酸，进行改性反应，得到改性壳聚糖混合液；

5、s2：调节ph并醇沉

6、向上述改性壳聚糖混合液中加入氢氧化钠溶液，直至将改性壳聚糖混合液的ph调节至6-8，再加入乙醇，进行沉淀反应，经过过滤、洗涤和干燥，得到改性壳聚糖；

7、s3：活化并预处理淀粉芽孢杆菌

8、将淀粉芽孢杆菌接种于种子培养基中，进行活化培养，再取10％接种于转化培养基中，振荡培养，然后加入生理盐水进行洗涤，得到洗涤菌种；

9、s4：加入海藻酸钠溶液并进行凝胶化反应

10、将上述洗涤菌种和海藻酸钠溶液搅拌混合，再加入纳米级碳酸钙、山梨醇酐三油酸酯和液体石蜡，混合后，再加入冰醋酸，进行凝胶化反应，清洗过筛后，得到含菌胶球；

11、s5：加入改性壳聚糖进行包覆

12、将上述改性壳聚糖溶于甲醇中，再与上述含菌胶球振荡反应，进行包覆，洗涤后，再加入柠檬酸钠溶液，振荡溶胶，得到膜包覆菌液微球；

13、s6：施加电场并除去土壤中的重金属

14、灌溉重金属土壤，再均匀撒入上述膜包覆菌液微球，然后施加16-18d电场，再施加20-24d反向电场后，收集悬浮在土壤表面的膜包覆菌液微球，得到除重金属土壤。

15、进一步地，步骤s1的加入苯乙烯磺酸进行改性反应，具体包括如下步骤：

16、s1.1：将壳聚糖与乙酸溶液按固液比1g:8-12ml一起加入反应器中，直至反应器内的重力传感器检测到反应器内的重力不再增加时，重力传感器向控制器发送信号；

17、s1.2：控制器接收到重力传感器发送的信号后，控制反应器内的搅拌器以700-800r/min的速率搅拌1-2h，进行充分溶解；

18、s1.3：控制器控制气泵向反应器内泵入氮气，直至反应器内的氮气浓度检测仪检测到氮气浓度为90-98％时，氮气浓度检测仪向控制器发送信号；

19、s1.4：控制器接收到氮气浓度检测仪发送的信号后，控制搅拌器的搅拌速率调节为200-300r/min，并控制器进料斗将过硫酸铵加入反应器中，引发20-30min；

20、s1.5：控制器控制反应器内的加热器以5-10℃/min的速率进行加热，直至反应器内的温度传感器检测到温度升高至60-70℃，温度传感器向控制器发送信号；

21、s1.6：控制器接收到温度传感器发送的信号后，控制液压泵向反应器内泵入苯乙烯磺酸，加热反应4-6h，进行改性，得到改性壳聚糖混合液。

22、进一步地，步骤s3的活化并预处理淀粉芽孢杆菌，具体包括如下步骤：

23、s3.1：将淀粉芽孢杆菌接种于种子培养基中，再将种子培养基置于培养箱中，以30-34℃、160-180rpm活化培养12-16h，得到种子液；

24、s3.2：取10％上述种子液接种于转化培养基中，再将转化培养基置于培养箱中，保持温度和振荡速率不变，继续振荡培养8-10h，得到活化菌液；

25、s3.3：将上述活化菌液置于离心机中，离心20-30min，排出第一上清液，得到活化菌种；

26、s3.4：向上述活化菌种中加入生理盐水，再次离心10-20min，进行洗涤，排出第二上清液后，得到洗涤菌种。

27、进一步地，步骤s4的加入海藻酸钠溶液并进行凝胶化反应，具体包括如下步骤：

28、s4.1：将步骤s3.4制得的洗涤菌种和海藻酸钠溶液一起加入搅拌机中，以500-600r/min的速率搅拌20-30min；

29、s4.2：按固液比1g:90-100ml向搅拌机中加入纳米级碳酸钙，调节搅拌速率为300-400r/min，继续搅拌30-40min，充分混匀，得到组分a；

30、s4.3：将山梨醇酐三油酸酯和液体石蜡按体积比2-3:1一起加入混合罐中，用搅拌器充分搅拌混合，得到组分b；

31、s4.4：将上述组分b加入上述组分a中，调节搅拌机的搅拌速率为150-250r/min，继续搅拌1-2h，得到淀粉芽孢杆菌乳液；

32、s4.5:向上述淀粉芽孢杆菌乳液中加入冰醋酸，并调节搅拌速率为100-150r/min，搅拌40-50min，进行凝胶化反应，得到凝胶球；

33、s4.6：向上述凝胶球中加入混合溶液，调节搅拌速率为350-500r/min，搅拌10-20min，进行清洗，过60-80目筛后，得到含菌胶球。

34、进一步地，步骤s5的加入改性壳聚糖进行包覆，具体包括如下步骤：

35、s5.1：将步骤s2制得的改性壳聚糖和甲醇一起加入配料机中，充分搅拌混合溶解，配制成5-10g/l的改性壳聚糖溶液；

36、s5.2：将步骤s4.6制得的含菌胶球与上述改性壳聚糖溶液按固液比1:9-12一起加入振荡反应罐中，以100-200r/min的速率振荡反应3-5h，进行包覆，得到膜包覆胶球；

37、s5.3：用氯化钠溶液将上述膜包覆胶球洗涤2-3次，再按固液比1:10-12向洗涤后的膜包覆微球中加入50-60mmol/l的柠檬酸钠溶液；

38、s5.4：调节振荡反应罐的振荡速率为200-300r/min，继续振荡40-50min，进行溶胶，得到膜包覆菌液微球。

39、进一步地，步骤s6的施加电场并除去土壤中的重金属，具体包括如下步骤：

40、s6.1：灌溉重金属土壤，直至水没过重金属土壤，得到浸水土壤；

41、s6.2：按50-60g/m2将步骤s5.4制得的膜包覆菌液微球均匀撒入上述浸水土壤中，随后对浸水土壤施加电场，重金属在电场的作用下向上迁移，膜包覆菌液微球在电场的作用下向下迁移，吸附土壤中的重金属；

42、s6.3：施加16-18d电场后，对上述除重金属土壤施加反向电场，施加20-24d后，收集悬浮在土壤表面的膜包覆菌液微球，得到除重金属土壤。

43、进一步地，壳聚糖与苯乙烯磺酸的固液比为1g:5-7ml。

44、进一步地，种子培养基由葡萄糖、蛋白胨、酵母膏、l-苯丙氨酸、三水磷酸氢钾、七水硫酸镁和纯净水配制而成。

45、进一步地，海藻酸钠溶液由海藻酸钠和生理盐水按固液比1g:60-70ml混合配制而成。

46、进一步地，混合溶液由1-3％吐温-80和1.1-1.5％氯化钙混合配制而成。

47、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

48、1、本发明通过使用苯乙烯磺酸对壳聚糖进行改性，使所制得膜包覆微球表面带负电荷，然后在电场的作用下，使膜包覆微球自上而下移动，进入到土壤深处，能够充分吸引重金属土壤中带正电的重金属离子，而重金属离子又能通过改性壳聚糖膜进入到膜包覆菌液微球内部，再由膜内的淀粉芽孢杆菌对该重金属离子进行吸附去除，而吸附了重金属的膜包覆菌液微球又在反向电场的作用下，自下而上移动直至悬浮于水面，达到将重金属从土壤中分离并除去的效果，提高土壤质量，且重金属去除率相对较高。

49、2、本发明通过采用对mn2+、fe3+和cr6+等重金属同时具有较好耐受性的淀粉芽孢杆菌有针对性的对煤矿开采矿区的重金属污染土壤进行处理，能够提高重金属处理效率，减少菌种使用种类。

50、3、本发明通过用改性壳聚糖膜对淀粉芽孢杆菌进行包覆，能够相对降低环境因素对淀粉芽孢杆菌的影响，从而提高淀粉芽孢杆菌的稳定性和吸附效率。

51、4、本发明通过在撒入膜包覆菌液微球后施加电场，使表面带负电荷的膜包覆微球向下移动、带正电荷的重金属离子向上迁移，能够减少膜包覆微球与重金属离子的相遇时间，从而减少微生物的处理时间、见效快，同时，由于膜包覆微球与重金属离子相向运动，从宏观层面上来说，又能增加二者的接触面积，使二者混合更加充分，以进一步提高淀粉芽孢杆菌对重金属的吸附效率。