一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法与流程

1.本发明属于微生物技术领域，涉及一种污染土壤修复方法，具体涉及一种冶炼厂退役渣场重金属污染(锌、铅、铬超标)土壤微生物修复方法技术。


背景技术：

2.目前，我国受锌、铅、镉等重金属污染严重，这些重金属污染40％以上来源于有色金属矿山采选冶行业，其中铅锌冶炼渣的长期无组织的堆存和不达标排放造成周边环境污染尤为显著。该冶炼渣中的重金属不仅有扩散广、毒性大、处理难等特点，而且还破坏内源微生物群落结构，迁移到周边土壤造成其衍生出来的食品安全问题更是直接危害着人类的健康。因此，对铅锌冶炼渣场的修复和治理已成为了当今亟待解决的问题。目前冶炼渣的处理方法很多，多数采用添加还原剂的化学处理技术，然而该法不仅运行成本高，而且产生的重金属污泥容易再次溶解，造成二次污染。微生物修复技术应用于重金属污染修复是近年来研究的热点，利用一些功能微生物具有吸附或转化重金属结合态的能力，使其从溶解态转化为稳定态，弱化重金属毒性、迁移性并限制生物可利用性，从而降低环境污染的风险。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于修复受污染土壤的复合微生物，该微生物可固化冶炼厂退役渣场超标的锌、铅、铬。
4.本发明的另一目的在于提供一种上述复合微生物的共培养培养基。
5.本发明的第三个目的在于提供一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法技术，通过微生物的还原及调控作用，并提高ph降低eh，实现渣场重金属锌、铅、铬的长效稳定固化。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种用于修复受污染土壤的复合微生物，为均处于对数期的硫酸盐还原菌与铁还原菌按菌液体积比1:1的混合培养物；
7.其中，硫酸盐还原菌的分类名称为：uncultured sulfate-reducing bacterium srb-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，保藏日期为：2015年9月14日，保藏号为：cctcc no：m2015535；
8.铁还原菌的分类名称为：脂环酸杆菌(alicyclobacillus sp.)biometek-b，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为：2012年12月26日，保藏号为：cgmcc no.7039。
9.硫酸盐还原菌可使环境中硫酸根离子还原为s
2-，重金属以硫化物形式存在得以固定；铁还原菌可以调控体系中eh，增加硫酸盐还原菌修复有效性。
10.本发明还提供一种用于放大培养上述的用于修复受污染土壤的复合微生物的共培养培养基，该培养基配制方法为：将乳酸钠0-3.5g，nh4cl 0-1.0g，na2so
4 0-1.0g、mgso
4 0-0.1g、k2hpo
4 0-0.5g，(nh4)2fe(so4)2·
6h2o 0-0.65g和cacl
2 0-0.1g溶于1l蒸馏水中，使用1mol/l的h2so4或naoh调整ph为7.0-7.2；然后将化学纯znso4、pbcl2、k2cr2o7、fe(no3)3固
体加入1l培养基中，调整zn
2
浓度为0.5g/l，pb
2
浓度为0.5g/l、cr
6
浓度为20mg/l，fe
3
浓度为2-3g/l。
11.本发明还提供一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法技术，包括如下步骤：
12.1)将上述的用于修复受污染土壤的复合微生物接种于上述的培养基，在30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，至菌液细菌浓度为8.3
×
107～9.8
×
107个/ml；
13.2)对步骤1)培养后的复合微生物，采用梯度提高zn
2
，pb
2
、cr
6
浓度进行驯化，得到高耐受重金属的复合微生物的菌液,菌液细菌浓度为8.2
×
10
7-9.6
×
107个/ml；
14.3)接种步骤2)培养后的菌液到污染的土壤中，于30℃-35℃下培养4-7天后，土壤得到修复。
15.隔天取样检测zn
2
，pb
2
、cr
6
，fe
3
浓度。
16.更进一步地，步骤1)中所述菌种接种体积为培养基体积的10％-15％，初始供接种的复合微生物细菌浓度为7.5
×
10
7-8.8
×
107个/ml。
17.更进一步地，步骤2)所述驯化方法为：每次复合微生物的接种体积为培养基体积的8％-12％，30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，培养基中zn
2
，pb
2
、cr
6
分别按照200mg/l、200mg/l、20mg/l的浓度梯度逐级增加至zn
2
浓度达到2.2g/l，pb
2
浓度达到1.8g/l、cr
6
浓度达到100mg/l，每次培养待复合微生物细菌浓度达到7.0
×
107～8.0
×
107个/ml进行下一级驯化培养。
18.通过逐级驯化提升复合菌对重金属的耐受度，培养过程中，定期加入培养基以补充反应过程中溶液的挥发。
19.更进一步地，步骤3)所述菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比g:ml为1:1-3:1。
20.通过驯化培养zn
2
的耐受浓度由0.5g/l提升至2.2g/l，pb
2
的耐受浓度由0.5g/l提升至1.8g/l、cr
6
的耐受浓度由20mg/l提升至100mg/l，fe
3
浓度维持在2-3g/l。
21.采用微生物修复后，土壤中可溶态修复后土壤中可溶态zn
2
，pb
2
、cr
6
低于0-0.05mg/l、0-0.05mg/l、0-0.05mg/l，三价铁浓度低于检测线，满足建设用地第二类土壤标准。沉淀物检测后，锌主要存在形式为硫化锌、铅主要存在形式为硫化铅、铬主要存在形式为氢氧化铬沉淀，在土壤中比较稳定，不易迁移且生物可利用性较弱。
22.本发明的有益效果在于：
23.本发明针对冶炼渣场污染重金属种类多，分布广，难处理等特点，严重污染周边土壤地下水等一系列问题，为了修复受污染土壤实现铬的长效稳定，创新性的提供一种微生物修复方法，通过形成还原性环境，调控环境中ph和eh，形成一种长效稳定固化重金属的方法，即可以在中性及偏碱性ph下将锌和铅固定为硫化锌与硫化铅，六价铬离子还原固化为氢氧化铬沉淀，实现了重金属污染土壤修复的目的。
附图说明
24.图1为本发明所用的硫酸盐还原菌的扫描电镜图。
25.图2为本发明所用的铁还原菌的显微镜图。
具体实施方式
26.以下结合实施例详细地说明本发明。实施方案便于更好的理解本发明，并非对本发明的限制，任何等同替换或公知改变均属于本发明保护范围。
27.渣场土壤中锌的含量为1.05％-2.37％，铅的含量为0.80％-2.06％，cr的含量为0.56％-0.88％，含量远远超出《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(gb36600-2018)(二类用地锌、铅、铬分别低于700、800、5.7mg/kg)，因此需要对其处理以满足土壤环境质量标准。
28.本发明提供一种用于修复受污染土壤的复合微生物，为均处于对数期(107～108个/ml)的硫酸盐还原菌与铁还原菌按菌液体积比1:1的混合培养物；
29.其中，硫酸盐还原菌的分类名称为：uncultured sulfate-reducing bacterium srb-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内，保藏日期为：2015年9月14日，保藏号为：cctcc no：m2015535，电镜扫描图如图1所示。
30.铁还原菌的分类名称为：脂环酸杆菌(alicyclobacillus sp.)biometek-b，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为2012年12月26日，保藏号为：cgmcc no.7039，电镜扫描图如图2所示。
31.复合微生物的共培养培养基配方为：乳酸钠1.3g，nh4cl 0.5g，na2so432.0.5g、mgso
4 0.05g、k2hpo
4 0.3g、(nh4)2fe(so4)2·
6h2o 0.45g和cacl
2 0.05g溶于1l蒸馏水中，调整ph为7.0，然后以化学纯znso4、pbcl2、k2cr2o7、fe(no3)3固体加入培养基中，调配zn
2
浓度为0.5g/l，pb
2
浓度为0.5g/l、cr
6
浓度为20mg/l，fe
3
浓度为2.5g/l。
33.一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法，包括以下步骤：
34.1)将上述修复受污染土壤的复合微生物接种于上述的培养基，在30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，至菌液细菌浓度为8.3
×
107～9.8
×
107个/ml；菌种接种体积为培养基体积的10％-15％，初始供接种的复合微生物细菌浓度为7.5
×
10
7-8.8
×
107个/ml。
35.2)对步骤1)培养后的复合微生物，采用梯度提高zn
2
，pb
2
、cr
6
浓度进行驯化，得到高耐受重金属的复合微生物的菌液,菌液细菌浓度为8.2
×
10
7-9.6
×
107个/ml；
36.驯化方法为：每次复合微生物的接种体积为培养基体积的8％-12％，30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，培养基中zn
2
，pb
2
、cr
6
分别按照200mg/l、200mg/l、20mg/l的浓度梯度逐级增加至zn
2
浓度达到2.2g/l，pb
2
浓度达到1.8g/l、cr
6
浓度达到100mg/l，每次培养待复合微生物细菌浓度达到7.0
×
107～8.0
×
107个/ml进行下一级驯化培养。
37.3)接种步骤2)培养后的菌液到污染的土壤中，于30℃-35℃下培养4-7天后，土壤得到修复。其中菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比g:ml为1:1-3:1。
38.由于该菌液的适宜工作温度在30-35℃，因此在进行原位修复时选择相应温度的季节更有利于土壤污染物的修复。
39.实施例1：铅锌尾矿库微生物原位成矿修复方法
40.采用上述微生物修复技术，以某铅锌尾矿库作为微生物原位成矿修复的主要示范区。尾矿样品理化性质如表1所示。
41.表1尾矿样品理化参数
[0042][0043]
尾矿库修复前接近荒漠化，水土流失严重。应用微生物原位2个月的修复，尾矿中游离重金属的固化，尾矿库区已经变得生物友好，有大量苔藓类植物和少量草本植物已经开始生长。6个月左右时间，采用微生物原位修复技术已经完全绿化。修复前在各区域利用钻机打钻3-8m深地下水监测井，修复1年后采样检测结果表明：从监控3-5m深的立管中渗出水水质来看，修复区的外渗水基本满足《地下水质量标准》(gb 14848-2017)iii类水质要求。
[0044]
实施例2湿法解毒铬渣堆场污染土壤微生物修复方法
[0045]
将混合均匀样品各取150g于瓶中，分别加入100ml水、培养基、混菌液于培养箱中常温静止3-4天，以确定微生物修复效果。
[0046]
1)修复前后ph及eh变化
[0047]
加入混菌液的三个样品的修复组eh从初始260-300mv降至-400mv—-260mv，降低幅度明显，空白对照组eh趋于稳定(250mv-310mv)；加入混菌液的修复组ph稳定在7.5-8.5，此ph和eh范围铬的稳定形态为cr(oh)3。
[0048]
2)微生物修复效果
[0049]
相比于加入水与培养基的空白对照组数据，加入混菌液的修复组铬修复效果显著，经过微生物修复5-7天后，cr(vi)还原固定率均达到99.1％以上，三价铁低于检测线。沉淀后产物经检测为cr(oh)
3。
[0050]
本发明提供的修复渣场重金属污染土壤微生物原位固化的方法，在硫酸盐还原菌及铁还原菌的作用下，溶液中的铅、锌、铬离子可形成硫化铅、硫化锌和三价氢氧化铬沉淀，将沉淀进行固液分离，该菌除了氢氧化铬沉淀产生的代谢产物还可以螯合少量游离的六价铬离子。
[0051]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种用于修复受污染土壤的复合微生物，其特征在于，为均处于对数期的硫酸盐还原菌与铁还原菌按菌液体积比1:1的混合培养物；其中，硫酸盐还原菌的分类名称为：uncultured sulfate-reducing bacterium srb-4，保藏单位为：中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，保藏日期为：2015年9月14日，保藏编号为：cctcc no：m2015535；铁还原菌的分类名称为：脂环酸杆菌(alicyclobacillus sp.)biometek-b，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：中国科学院微生物研究所，保藏日期为：2012年12月26日，保藏号为：cgmcc no.7039。2.一种用于培养如权利要求1所述的用于修复受污染土壤的复合微生物的共培养培养基，其特征在于，该培养基配制方法为：将乳酸钠0-3.5g，nh4cl 0-1.0g，na2so
4 0-1.0g、mgso
4 0-0.1g、k2hpo
4 0-0.5g，(nh4)2fe(so4)2·
6h2o 0-0.65g和cacl
2 0-0.1g溶于1l蒸馏水中，使用1mol/l的h2so4或naoh调整ph为7.0-7.2；然后将化学纯znso4、pbcl2、k2cr2o7、fe(no3)3固体加入1l培养基中，调整zn
2
浓度为0.5g/l，pb
2
浓度为0.5g/l、cr
6
浓度为20mg/l，fe
3
浓度为2-3g/l。3.一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将权利要求1所述的用于修复受污染土壤的复合微生物接种于权利要求2所述的培养基，在30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，至菌液细菌浓度为8.3
×
107～9.8
×
107个/ml；2)对步骤1)培养后的复合微生物，采用梯度提高zn
2
，pb
2
、cr
6
浓度进行驯化，得到高耐受重金属的复合微生物的菌液,菌液细菌浓度为8.2
×
10
7-9.6
×
107个/ml；3)接种步骤2)培养后的菌液到污染的土壤中，于30℃-35℃下培养4-7天后，土壤得到修复。4.如权利要求3所述的微生物修复方法，其特征在于，步骤1)中所述菌种接种体积为培养基体积的10％-15％，初始供接种的复合微生物细菌浓度为7.5
×
10
7-8.8
×
107个/ml。5.如权利要求3所述的微生物修复方法，其特征在于，步骤2)所述驯化方法为：每次复合微生物的接种体积为培养基体积的8％-12％，30℃-35℃条件下置于150-160r
·
min-1
的空气浴恒温振荡器培养3-4天，培养基中zn
2
，pb
2
、cr
6
分别按照200mg/l、200mg/l、20mg/l的浓度梯度逐级增加至zn
2
浓度达到2.2g/l，pb
2
浓度达到1.8g/l、cr
6
浓度达到100mg/l，每次培养待复合微生物细菌浓度达到7.0
×
107～8.0
×
107个/ml进行下一级驯化培养。6.如权利要求3所述的微生物修复方法，其特征在于，步骤3)所述菌液添加量为土壤与菌液的质量体积比g:ml为1:1-3:1。
技术总结
本发明提供一种冶炼厂退役渣场重金属污染土壤的微生物修复方法，选用硫酸盐还原菌、铁还原菌混菌在中性条件下于含Zn


技术研发人员：崔兴兰 谷启源 袁学韬 刘兴宇 纪仲光 张其东
受保护的技术使用者：有研资源环境技术研究院（北京）有限公司
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2021/7/15