一种基于植物强化微生物修复的模拟修复系统

本发明涉及土壤污染防治，特别是涉及一种基于植物强化微生物修复的模拟修复系统。

背景技术：

1、焦化厂、溶剂厂、电镀厂、铬盐厂等行业企业遗留复合污染场地的土壤多以重金属(如砷、铬、镉)复合污染、有机复合污染(如多环芳烃、氯代烃等)、重金属和有机复合污染多种形式存在。场地土壤中复合污染物成为人们身边的“化学定时炸弹”，严重威胁区域生态环境安全和人体健康。

2、重金属超积累植物能有效吸收表层土壤中重金属，并可在根部募集并组装特定的根际功能微生物种群，通过影响介质中重金属赋存的形态和归宿以协同植物修复。目前研究多聚焦单一介质(如表层土壤或含水层)中污染物-微生物的互作关系。然而在实际污染场地中，污染物会由土壤表层经包气带、含水层下渗。因此，考察土壤类型、水文地质及环境因素(如ph、氧化还原带)差异，对污染物空间分布特征(水平、垂向)并功能微生物菌群时空演替规律的影响将是研究场地污染物微生物原位修复的新趋势。此外，利用土著或外源添加根际微生物方法是原位强化植物修复的重要手段。目前研究已在土著根际微生物对单一污染物的响应及转化机制等方面进行一些初步探讨，然而针对复合污染场地的植物-微生物-多重金属之间的互作关系及耦合修复机理的研究尚未开展。近年来，新兴的合成生物学以微生物群体的代谢协同性及功能互补性为切入点，为设计并构建具有靶向修复功能的复合微生物菌群提供可能，相较单一菌株强化法具有更强的环境适应性和稳定性。合成微生物组如何通过通讯网络协同植物清除污染物等方面基础研究方兴未艾，成为复合污染场地原位生物修复研究的前沿和热点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于植物强化微生物修复的模拟修复系统，以解决上述现有技术存在的问题，用于探明土壤及地下水中各种污染物迁移规律，试验植物强化微生物的修复效果，实现土壤修复过程中各项理化参数的实时监测。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于植物强化微生物修复的模拟修复系统，包括第一砂箱；所述第一砂箱内部盛放有土壤层，所述土壤层的表层土内含有复合污染物，所述复合污染物包括有机污染物和重金属污染物；所述第一砂箱的一侧设置有进水口组，且所述第一砂箱上与其相对的另一侧设置有出水口组，所述进水口组高于所述出水口组；所述进水口组连接有供水装置，所述出水口组连接有废水回收装置；所述供水装置供给的水在所述第一砂箱内底部形成地下水；所述第一砂箱内固定设置有挡板，所述挡板将所述第一砂箱内的所述土壤层的表层土分隔成植物菌剂区和植物区，所述植物菌剂区与所述植物区的区域大小相同；所述植物菌剂区添加有修复菌剂，且所述植物菌剂区和所述植物区均种植有相同的超积累植物；所述植物菌剂区和所述植物区均设置有相同的监测井群、注射井群及抽提井群；所述监测井群内设置有土壤监测系统和地下水监测系统的监测探头；所述注射井群内设置有用于与所述第一砂箱内部连通的药剂注入孔；所述抽提井群设置有与所述第一砂箱内部连通的抽提口。

4、优选的，所述植物菌剂区及所述植物区均包括两个种植区和一个非根际区，所述非根际区位于两个所述种植区之间，所述种植区用于种植所述超积累植物；所述非根际区与相邻的所述种植区之间均通过一个第一纱网分隔；所述进水口组包括两个第一进水口；所述出水口组包括两个第一出水口；各所述非根际区的一端与一个所述第一进水口连接并连通，且另一端与一个所述第一出水口连接并连通。

5、优选的，所述监测井群和注射井群均包括多个群井，所述群井包括深井和浅井；所述深井和所述浅井的上端均高于所述第一砂箱内所述土壤层的上平面；所述深井的下端与所述第一砂箱内的地下水连通；所述浅井的下端位于所述第一砂箱内的所述土壤层中。

6、优选的，所述深井和所述浅井的下端均具有筛管，所述筛管的侧壁上设置有筛孔，所述筛管外侧套设有过滤网管，所述筛管与所述过滤网管之间填有砾料。

7、优选的，所述超积累植物包括紫花苜蓿、银合欢和伴矿景天；所述种植区内靠近所述非根际区的为种植的一行所述银合欢，且位于所述银合欢远离所述非根际区一侧种植的是一行所述紫花苜蓿和一行所述伴矿景天；位于所述非根际区两侧的两个所述种植区内种植的所述超积累植物相互对称。

8、优选的，所述第一砂箱的至少一个侧壁采用透明材质。

9、优选的，所述第一砂箱的顶部开口还设置有能够开闭的保温盖。

10、优选的，所述第一砂箱的顶部开口上方设置有能够升降的光照系统。

11、优选的，所述第一砂箱固定设置在台架上；所述供水装置包括存水桶和进水流量控制阀，所述存水桶的位置高于所述第一砂箱的高度，所述存水桶的输出口通过连接管路与所述进水口组连接并连通，所述进水流量控制阀设置在所述连接管路上，且所述进水流量控制阀用于控制所述连接管路内流体的流量大小。

12、优选的，所述台架上固定设置有第二砂箱，所述第二砂箱作为所述第一砂箱的空白对照组。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、本发明提供的基于植物强化微生物修复的模拟修复系统，通过设置植物菌剂区，其内种植超积累植物，并添加有修复菌剂，利用土著微生物群落和添加的修复菌剂(即特种功能微生物种群)，构建高效强化微生物菌群，并种植超积累植物，超积累植物能有效吸收表层土壤中的重金属，并可在根部募集并组装特定的根际功能微生物种群，提升根际微生物对重金属污染物的转化效果和植物提取效果，建立微生物-植物联合修复体系，实现对复合污染物的修复；且将第一砂箱的土壤层的表层土用挡板分为植物菌剂区和植物区，植物区内仅种植超积累植物，而植物菌剂区内除种植相同的超积累植物外，还添加修复菌剂，两个区域的区别点在是否有修复菌剂的添加，其可作为修复菌剂的效果进行平行对比；在植物菌剂区和植物区均设置相同的监测井群、注射井群及抽提井群，从而实现在植物强化微生物修复过程中，实现考察植物强化微生物修复作用下土壤(水平及垂向界面)及含水层中复合污染物的价态转变过程及影响因子；研究复合污染场地土壤及含水层中土著微生物群落的空间分布及演替规律，分析特定功能微生物种群对不同重金属的生物转化过程的分子机理及反馈调控机制，明确功能微生物群对重金属复合污染物转化的时序性及协同交互机理；考察超积累植物对复合污染物的提取转化效果；研究重金属转化的根际微生物群落结构和功能基因动态变化规律，阐明植物及其与微生物组联合净化重金属土壤的机制；探明土壤及地下水中各种污染物的迁移规律，实验植物强化微生物的修复效果，实现含有复合污染物的土壤修复过程中各项理化参数的实时监测。

15、进一步的，植物菌剂区和植物区均包括两个种植区和一个非根际区，无论是对于植物菌剂区还是对于植物区，还可进一步进行横向对比，对比种植区与非根际区之间土壤中复合污染物的变化过程，进一步细化研究。

16、进一步的，监测井群和注射井群均包括多个由深井和浅井组成的群井，其能够实现对土壤和地下水不同位置的各项参数监测以及添加物的添加。

17、进一步的，设置的筛管、砾料及过滤网管能够有效降低土壤堵塞筛孔，保证良好的连通及监测状态。

18、进一步的，超积累植物采用以银合欢为中心，两边种植紫花苜蓿和伴矿景天，由于各自具有不同的修复机制和特点，同时种植于含有复合污染物的土壤中时，能够产生协同作用，共同提高修复效率；紫花苜蓿和银合欢的高生物量和高富集能力，能够大量吸收土壤中的重金属和有机污染物，而伴矿景天则能够通过其独特的解毒机制，将重金属以无毒形式储存于植物体内，从而有效降低土壤中的污染物含量；三种植物的同时种植还能够促进土壤微生物的生长和活性，增强生物降解作用，进一步加速土壤中污染物的降解和转化。

19、进一步的，至少一个侧壁采用透明材质，从而方便实验者更直观观察到第一砂箱的内部情况。

20、进一步的，保温盖的设置能够在环境温度过低或过高时盖合，为第一砂箱内部提供一个良好的温度环境，保证第一砂箱内超积累植物的健康生长环境，以及保证第一砂箱内水分蒸发的有效控制等。

21、进一步的，光照系统能够提供各砂箱内一个模拟阳光光照的环境，并通过升降实现模拟白天不同的阳光照射效果。

22、进一步的，供水装置采用存水桶，并通过进水流量控制阀实现对进水流量的控制，其结构简单，方便实验者对实验条件的精准控制。

23、进一步的，设置的第二砂箱作为第一砂箱的空白对照组，其能够形成对植物菌剂区和植物区的对照。