一种重金属污染土壤的微生物和固化剂联合原位修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污染土壤治理领域，具体涉及一种重金属污染土壤的微生物和固化剂 联合原位修复方法。
【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，土壤重金属污染传统的治理修复方法通常为物理和化学的方法，如稀释和 覆土法、玻璃化技术、热处理技术、淋洗法、电化学法等，传统的修复方法成本高、修复持续 时间长、见效慢、重金属污染物一般形成络合物，仅是降低重金属的危害，并不能将重金属 从土壤中除去，易造成土壤的二次污染。
[0004] 微生物修复技术指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，使重金属污染物被降解、被氧化、被还原、被脱除某些取代基等，从而降低土壤中 重金属的毒性，并不能将重金属污染元素去除，待微生物死后，容易造成土壤的二次污染。
[0005] 重金属污染土壤固化修复技术是通过添加不同外源物质（即固化剂）固定土壤中 重金属元素，达到降低重金属迀移性和生物有效性的一种重要方法。由于操作方便和效果 快速，使其在污染土壤治理过程中有着不可代替的作用；目前主要的固化剂有水泥、石灰、 粉煤灰等，它们的适用面窄，成本高，而且有些固化剂本身存在二次污染，如粉煤灰，固化剂 长期固化效果不稳定等。
【发明内容】
[0006] 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、不存在土壤的二次污染，适用于大面积污染土壤治理的 一种重金属污染土壤的微生物和固化剂联合原位修复方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种重金属污染土壤的微生物和固化剂联合原位修复方法，包括以下步骤： 1) 将趋磁细菌与重金属污染土壤的表层混合均勾，养护20~30天； 2) 灌溉步骤1)中重金属污染土壤，使重金属污染土壤保持淹水状态，并在所述重金属 污染的土壤上面设置磁场，保持45~55天； 3) 收集所述重金属污染土壤的表层，收集的重金属污染土壤厚度为10~15cm ; 4) 用水淋洗步骤3)中收集的重金属污染土壤，使趋磁细菌与土壤分离，重复淋洗4~5 次，填回原处； 5) 循环重复执行步骤1) ~步骤4) 8~10次，将最后一次淋洗过的重金属污染土壤放在 阴凉通风处至土壤自然风干； 6) 将固化剂与步骤5)中风干的土壤混合均匀，然后将与固化剂混合均匀的土壤填回原 处，养护30~35天。
[0008] 优选的，所述步骤1)中趋磁细菌的接种比例为每平方米重金属污染的土壤中接种 7. 0 X 109~8. 0 X IO9个趋磁细菌。
[0009] 优选的，所述步骤1)中重金属污染土壤的表层厚15~19cm。
[0010] 优选的，所述步骤2)所述磁场方向背离地面，磁场强度为200~500高斯。
[0011] 优选的，所述步骤6)所述固化剂按照重量百分比计，包括纳米Si0270~75%、纳米 Fe20310~15%、纳米Al2032~4%和三聚硫嗪酸三钠8~12% 优选的，固化剂的添加量为风干的土壤重量的5~10%。
[0012] 本发明的有益效果： 1.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；在地磁场的作用下趋磁细菌可以向地下深处移动，由于 地磁场的作用力很弱，在土壤上面设置磁场，使趋磁细菌在磁场的作用下向地表运动，步骤 2)中灌溉重金属污染土壤的目的是降低土壤表层的含氧量，创造有利于趋磁细菌生存的环 境。
[0013] 2.趋磁细菌对重金属离子的吸附是以细胞表面的吸附为主，因此趋磁细菌吸附 重金属的速度很快，在其移动的过程中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；同时也不会造成土壤的二次污染。
[0014] 3.本发明步骤4)得到的淋洗液回收重金属，一方面防止重金属在回到土壤或者 水体，另一方面回收的重金属具有很高的附加价值，可以增加收益。趋磁细菌的回收率达到 90%以上，淋洗液重金属回收率达到99%以上，有利于重金属污染土壤的修复。
[0015] 4.由于趋磁细菌修复过的重金属污染土壤中还存在少量的重金属，为了进一步 修复重金属污染的土壤，这里选用了纳米SiO2、纳米Fe2O3和纳米Al 203，它们具有表面效应、 体积效应和宏观量子隧道效应等性能，对土壤中重金属离子具有超强的吸附、催化和螯合 能力，而且在土壤中可以形成层状铝硅酸盐，层与层之间可以包裹固定重金属离子，也可以 阻止重金属下渗到土壤下层或污染地下水，可以更好的修复重金属污染的土壤和减少重金 属在农作物和地下水中的富集。
[0016] 5.三聚硫嗪酸三钠能够灵敏的捕捉土壤中的重金属，并迅速与重金属离子反应 生成稳定的螯合物，也可以去除已经转变成络合物的重金属，可以使重金属污染土壤达到 更好的修复效果。
[0017] 总之，本发明提供的一种重金属污染土壤的微生物和固化剂联合原位修复方法， 与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、技术要求不高、操作简单、修复效果好、不破 坏土壤肥力、不存在土壤的二次污染、适用于大面积污染土壤治理的优势。
【具体实施方式】
[0018] 以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业 技术人员的理解： 趋磁细菌的提取方法：将南京锁金村污水处理厂的活性污泥与已经过灭菌降至室 温的富集培养基按1 :2的体积比混合均匀，放入广口瓶中，用已灭菌的纱布封住瓶口， 28°C静置避光培养30 d，用趋磁细菌收集器收集趋磁细菌(具体参考：刘琚，周培国，张齐 生.趋磁细菌处理含Cu、Zn废水的应用研究[J].环境科技，2013(26)4:20-24)。将收 集的趋磁细菌按照10%的接种量，接种到富集培养基，静止避光、23°C下、当菌液浓度达到 7. OX 109~8. OX IO9的时候，测定吸附重金属的性能，具体如下： 取菌液10ml，加到100mL的Zn3+离子含量50mg/L、Ni 2+离子含量5mg/L、Cu3+离子含量 20mg/L、Pb2+离子含量80mg/L的溶液、Cd 3+离子含量I. 2mg/L中28°C下培养2h，测定水中 2113+、附2+、&13+、？132+和0(1 3+离子的含量，2113+、附2+、(：113+、？13 2+和0(13+离子吸附率分别达到85% 以上，即作为本发明的趋磁细菌使用。本发明中的趋磁细菌可以从其它活性污泥或者重金 属污染的土壤中分离，也可以使是现有公开的趋磁细菌菌株，只要其吸附率得到要求即可。 以下实施例中的所用到的趋磁细菌是按照上述方法筛选到的，不再赘述。
[0019] 富集培养基的组成为：2500mg/L C6H12O6,1900 mg/L (NH4)2SO4,690 mg/L KH2PO4, 700 mg/L K2HPO4, 23 mg/L MgSO4* 7H20,19 mg/L ZnSO4, 21 mg/L MnSO40
[0020] 本发明利用趋磁细菌具有的趋磁性使趋磁细菌在地磁场的作用下向地心方向移 动，再利用外界磁场的作用使趋磁细菌回到土壤的表层，从而实现了重金属的回收；固化 剂的添加量为风干的土壤重量的5~10%与土壤的组成相近，不会造成土壤组成的改变； Si02、Fe2O3和Al 203对不同的农作物有不同的促进作用，可以根据要种植农作物的种类来适 当的调解Si02、Fe2O3和Al 203三者之间的比值，如：SiO 2有利于水稻的生长，Fe 203有利于西 瓜种子的发芽和幼苗的生长，Al2O3对作物的生长则影响不大；SiO 2、Fe203和Al 203纳米材料 对重金属离子具有超强的吸附、催化和螯合能力，在土壤中可以形成层状铝硅酸盐，层与 层之间可以包裹固定重金属离子，也可以阻止重金属下渗到土壤下层或污染地下水；三聚 硫嗪酸三钠作为重金属离子的捕捉剂，并迅速与重金属离子形成稳定的螯合剂，也可以有 效去除已经转变成络合物的重金属。
[0021] 采用被重金属污染的土壤厚度为40cm，面积为IOOm2的土地作为实验区域。将 实验区域进行样方划分，长宽均为10 m，每个样方之间留宽为0. 3m的垄，每个样方根据对 角线原则设置6个采样点。采取试验田表层0~40cm的土壤，阴凉通风晾干，去除杂质。测 定土壤 ΡΗ=7· 6,重金属 Zn、Ni、Cu、Pb 和 Cd 的浓度分别为 980. 6、195. 3、329. 2、1069. 6 和 4.6mg/kg〇
[0022] 根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤PH>7. 5的情况下，农业用地 旱地重金属Zn、Ni、Cu、Pb和Cd二级标准值分别为300,60,100, 350,1. Omg/kg ;因此，上述 整块实验区域存在较严重的重金属污染。
[0023] 实施例1 : 一种重金属污染土壤的微生物和固化剂联合原位修复方法，包括以下步骤： 1)将上述培养的趋磁细菌与重金属污染土壤的表层混合均匀，表层厚度为15cm，趋磁 细菌的接种比例为每平方米重金属污染的土壤中接种7. OX IO9个趋磁细菌，养护20天； 2) 灌溉与趋磁细菌混合的重金属污染土壤，使重金属污染土壤保持淹水状态，并在该 重金属污染的土壤上面设置通电的线圈产生磁场，磁场方向背离地面，磁场强度为200高 斯，保持45天； 3) 收集步骤3)中磁场方向的重金属污染土壤，收集的重金属污染土壤的厚度为Ilcm ; 4) 用水淋洗步骤4)中收集的重金属污染土壤，重复淋洗4次，然后将淋洗过的土壤填 回原处，淋洗液回收重金属； 5) 循环重复执行步骤1)~步骤5)8次，将最后一次淋洗过的重金属污染土壤放在阴凉 通风处至土壤自然风干； 6) 将75%纳米Si02、10%纳米Fe203、3%纳米Al2O 3和12%三聚硫嗪酸三钠作为固化剂， 固化剂的添加量为风干土壤重量的5%，将固化剂与步骤6)中风干的土壤混合均匀，然后将 与固化剂混合均匀的土壤填回原处，养护30天。
[0024] 结果显示：相比较原土壤，重金属Zn、Ni、Cu、Pb和Cd的浓度分别为291. 45、 53. 89、9