一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法与流程

1.本发明涉及土壤污染修复技术领域，具体涉及一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法。


背景技术：

2.随着现代城市化进程的加速、石油、煤炭等能源的大规模开发使用，多环芳烃(pahs)的污染也越来越严重。多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，pahs)是煤、石油、木材、烟草和有机高分子化合物不完全燃烧产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境污污染物。多环芳烃种类有500多种，其中近200种不仅具有强烈的毒性-致癌、致畸变和致突变性，还有促进致癌作用。尤其是苊、芴、菲、荧蒽、芘等多环芳烃被证实具有强致癌性。土壤中的多环芳烃除了某些天然源外，主要来自石化燃料如煤、石油等的不完全燃烧以及大气沉降、污水灌溉等，此外石油开采、石化产品的生产和运输中的泄漏也是环境中pahs污染的另一个主要来源，被大气颗粒物吸附的pahs也可通过沉降、吸附和沉积作用进入土壤系统。pahs进入土壤后由于其稳定的化学结构和低溶解性与憎水性，很难通过光、氧及微生物等自然环境进行降解，因此很容易通过生物链进入生态系统，并且具有积累效应，严重危害人类健康和生态安全。
3.目前，针对多环芳烃污染土壤的修复方法主要有三大类：物理法、化学法和生物法。其中，生物修复由于其处理成本低、无二次污染、可就地处理、公众接受程度高和效好等优点，具有非常广阔的发展潜力和应用前景。然而，当土壤中多环芳烃浓度过高时，土壤中微生物菌难以存活，植物的生长也会受到抑制，导致现有的生物修复方法难以实施，且实施效果不理想。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，其解决了现有生物法修复多环芳烃污染土壤存在的实施效果不理想问题。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，步骤包括：
7.(1)设定污染土壤深度0-50cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，进行土壤破碎的同时剔除土壤中枝叶和石子；
8.(2)往修复层内通入350-400℃的高温蒸汽，连续通气时间不少于24h，进行土壤热脱附；
9.(3)取复合微生物菌剂、菌糠、乙二胺四乙酸、表面活性剂、粘土矿物混合，制成修复液，将修复液按400-1500ml/m2浓度均匀喷洒或泼洒到修复层，喷洒过程中不断翻耕，其中，所述粘土矿物选用经水热处理和焙烧处理的改性海泡石；
10.(4)待修复层土壤静置5-10天后，往土壤内种植植物，期间正常养护，即完成修复过程。
11.进一步改进在于，所述修复液中各成分的重量分数为：0.01-0.05份复合微生物菌剂、15-20份菌糠、1-3份乙二胺四乙酸、0.05-0.1份表面活性剂、20-40份粘土矿物。
12.进一步改进在于，所述复合微生物菌剂由分枝杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌混合而成，且分枝杆菌的活菌数为(1.2-2.5)
×
109cfu/g、芽孢杆菌的活菌数为(2.5-3.5)
×
109cfu/g、假单胞菌的活菌数为(0.1-0.4)
×
109cfu/g。
13.进一步改进在于，所述表面活性剂为β-环糊精或者十二烷基苯磺酸钠。
14.进一步改进在于，所述改性海泡石的水热处理指的是将海泡石与水混合，在80-90℃、3-5个大气压的条件下搅拌3-8h，再将海泡石分离、干燥。
15.进一步改进在于，所述改性海泡石的焙烧处理指的是将海泡石至于200-280℃下焙烧2-5h。
16.本发明的有益效果在于：
17.(1)本发明采用复合微生物菌剂和粘土矿物联用的修复方法，其中粘土矿物选用经水热处理和焙烧处理的改性海泡石，海泡石自身具有吸附性能，可吸附一定的污染物，水热处理可改善海泡石粘合力过强的问题，得到细化、分散的海泡石，而焙烧处理可以提升海泡石的活性，两步处理后的海泡石其离子交换性能显著提升，与微生物菌剂联用，可显著提升对pahs的降解效果以及对重金属的吸附效果。
18.(2)本发明在修复液中还添加有菌糠和乙二胺四乙酸，菌糠在乙二胺四乙酸的促进下可发酵产生大量降解酶，可针对pahs进行非特异性降解，进一步提升修复效果。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
20.实施例1
21.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，步骤包括：
22.(1)设定污染土壤深度0-50cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，进行土壤破碎的同时剔除土壤中枝叶和石子；
23.(2)往修复层内通入350℃的高温蒸汽，连续通气24h，进行土壤热脱附；
24.(3)取0.01份复合微生物菌剂、15份菌糠、1份乙二胺四乙酸、0.05份β-环糊精、20份粘土矿物混合，制成修复液，将修复液按400ml/m2浓度均匀喷洒到修复层，喷洒过程中不断翻耕，其中，所述粘土矿物选用经水热处理和焙烧处理的改性海泡石；水热处理指的是将海泡石与水混合，在80℃、3个大气压的条件下搅拌8h，再将海泡石分离、干燥；焙烧处理指的是将海泡石至于200℃下焙烧5h；
25.所述复合微生物菌剂由分枝杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌混合而成，且分枝杆菌的活菌数为1.2
×
109cfu/g、芽孢杆菌的活菌数为2.5
×
109cfu/g、假单胞菌的活菌数为0.1
×
109cfu/g；
26.(4)待修复层土壤静置5天后，往土壤内种植植物，期间正常养护，即完成修复过程。
27.实施例2
28.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，步骤包括：
29.(1)设定污染土壤深度0-50cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，进行土壤破碎的同时剔除土壤中枝叶和石子；
30.(2)往修复层内通入380℃的高温蒸汽，连续通气24h，进行土壤热脱附；
31.(3)取0.03份复合微生物菌剂、18份菌糠、2份乙二胺四乙酸、0.08份十二烷基苯磺酸钠、30份粘土矿物混合，制成修复液，将修复液按800ml/m2浓度均匀泼洒到修复层，喷洒过程中不断翻耕，其中，所述粘土矿物选用经水热处理和焙烧处理的改性海泡石；水热处理指的是将海泡石与水混合，在85℃、4个大气压的条件下搅拌6h，再将海泡石分离、干燥；焙烧处理指的是将海泡石至于250℃下焙烧4h；
32.所述复合微生物菌剂由分枝杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌混合而成，且分枝杆菌的活菌数为2.0
×
109cfu/g、芽孢杆菌的活菌数为3.2
×
109cfu/g、假单胞菌的活菌数为0.3
×
109cfu/g；
33.(4)待修复层土壤静置8天后，往土壤内种植植物，期间正常养护，即完成修复过程。
34.实施例3
35.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，步骤包括：
36.(1)设定污染土壤深度0-50cm为修复层，充分翻耕修复层土壤，进行土壤破碎的同时剔除土壤中枝叶和石子；
37.(2)往修复层内通入400℃的高温蒸汽，连续通气30h，进行土壤热脱附；
38.(3)取0.05份复合微生物菌剂、20份菌糠、3份乙二胺四乙酸、0.1份β-环糊精、40份粘土矿物混合，制成修复液，将修复液按1500ml/m2浓度均匀喷洒到修复层，喷洒过程中不断翻耕，其中，所述粘土矿物选用经水热处理和焙烧处理的改性海泡石；水热处理指的是将海泡石与水混合，在90℃、5个大气压的条件下搅拌3h，再将海泡石分离、干燥；焙烧处理指的是将海泡石至于280℃下焙烧2h；
39.所述复合微生物菌剂由分枝杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌混合而成，且分枝杆菌的活菌数为2.5
×
109cfu/g、芽孢杆菌的活菌数为3.5
×
109cfu/g、假单胞菌的活菌数为0.4
×
109cfu/g；
40.(4)待修复层土壤静置5-10天后，往土壤内种植植物，期间正常养护，即完成修复过程。
41.对比例1
42.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，其步骤与实施例2基本相同，唯一区别在于：修复液中粘土矿物选用等量的普通海泡石，未经水热处理和焙烧处理。
43.对比例2
44.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，其步骤与实施例2基本相同，唯一区别在于：修复液中粘土矿物选用等量的海泡石，但海泡石仅经过水热处理，未经过焙烧处理。
45.对比例3
46.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，其步骤与实施例2基
本相同，唯一区别在于：修复液中粘土矿物选用等量的海泡石，但海泡石未经过水热处理，仅经过焙烧处理。
47.对比例4
48.一种微生物菌联合粘土矿物修复多环芳烃污染土壤的方法，其步骤与实施例2基本相同，唯一区别在于：修复液中未添加了菌糠和乙二胺四乙酸，替换为0.02份复合微生物菌剂和19.98份粘土矿物(比例约为1:1000，与实施例对应)。
49.选定同一地理位置的污染土壤，测得其重金属含量(以铬计)为98.1mg/kg，多环芳烃蒽含量为319.4mg/kg，多环芳烃萘含量263.9mg/kg，将该片土地划分呈矩阵排布的100块，每块1m2，通过随机组合的方式将100块土壤分成5组，各组分别按照上述实施例2以及对比例1-4的修复方法进行原位修复。测试每组土壤在修复后的多环芳烃蒽含量、多环芳烃萘含量以及重金属含量，并计算多环芳烃蒽降解率、多环芳烃萘降解率以及重金属残留率，结果统计得到下表：
[0050] 多环芳烃蒽降解率多环芳烃萘降解率重金属残留率实施例299.9％99.9％0.47％对比例179.1％76.8％40.3％对比例283.4％82.5％34.4％对比例384.6％81.8％30.9％对比例493.5％92.6％3.49％
[0051]
从上表可以看出，本发明的修复方法取得了较佳的修复效果，多环芳烃蒽和多环芳烃萘降解率达到99.9％，而重金属残留率仅有0.47％。另外，对比例1因采用了普通海泡石，导致降解率仅有79.1％和76.8％，残留率高达40.3％，效果较差；而对比例2和对比例3采用了仅进行水热处理或焙烧处理的海泡石，使得降解率有所提升、残留率有所下降，但均不明显，由此说明海泡石只有经过水热处理和焙烧处理两个处理过程，才能与微生物菌联合显著提升对pahs的降解效果以及对重金属的吸附效果；另外，对比例4因将菌糠和乙二胺四乙酸去除，相应增加了复合微生物菌剂和粘土矿物的量，而最终降解率和残留率不如本发明，这也说明适当添加菌糠和乙二胺四乙酸，利用菌糠在乙二胺四乙酸的促进下可发酵产生大量降解酶，可针对pahs进行非特异性降解，有助于提升整体的修复效果。
[0052]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，这些都属于本发明的保护范围。