本發(fā)明屬于土壤污染修復(fù)，具體涉及一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑。

背景技術(shù)：

1、砷污染土壤的現(xiàn)狀嚴(yán)峻，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅。砷是一種有毒的半金屬元素，長期暴露于砷污染的土壤中會導(dǎo)致多種健康問題，如皮膚病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病甚至癌癥。目前，隨著工業(yè)化和農(nóng)業(yè)活動的增加，土壤中的砷污染問題日益嚴(yán)重，特別是在一些礦產(chǎn)資源豐富或工業(yè)活動密集的地區(qū)，土壤砷濃度超過安全限值的現(xiàn)象屢見不鮮。

2、依據(jù)砷在土壤中結(jié)合的緊密程度，將土壤中的砷可分為不同的結(jié)合形態(tài)，主要包括水溶態(tài)、交換態(tài)、結(jié)合態(tài)（如鐵結(jié)合態(tài)、鈣結(jié)合態(tài)、鋁結(jié)合態(tài)）及殘渣態(tài)的砷。一般認(rèn)為水溶態(tài)、交換態(tài)的砷具有強(qiáng)的生物有效性，易被植物吸收，殘渣態(tài)砷的生物有效性差，不易被植物吸收，但當(dāng)土壤理化條件變化或在土壤微生物作用下導(dǎo)致砷結(jié)合礦物相態(tài)或粒徑改變時，均可使土壤中的砷釋放成為有效砷，土壤中砷結(jié)合形態(tài)及其分配比例的改變往往帶來植物吸收砷和土壤砷生物有效性的變化。

3、目前，砷污染土壤修復(fù)主要分為兩種途徑：一是改變污染土壤中砷的存在形態(tài)，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)，以此降低砷在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性，減弱其對植物和動物的毒性；二是從污染土壤中去除砷，達(dá)到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的，使其存留濃度接近或達(dá)到背景值。目前，國內(nèi)外砷污染土壤修復(fù)治理技術(shù)發(fā)展迅速，主要有以下幾種：工程措施方面，包括客土法、換土法和翻土法等；物理修復(fù)技術(shù)方面，包括固化/穩(wěn)定化、物理分離修復(fù)、玻璃化修復(fù)、電動修復(fù)等；化學(xué)修復(fù)技術(shù)方面，包括原位/異位化學(xué)淋洗技術(shù)、土壤性能改良技術(shù)等；生物修復(fù)技術(shù)，包括動物修復(fù)、微生物修復(fù)、植物修復(fù)等。

4、其中，在工程措施方面，土壤修復(fù)快速有效，可迅速降低污染濃度，但成本高，需大量挖掘和運(yùn)輸，可能破壞土壤結(jié)構(gòu)，不適用于大面積污染；物理修復(fù)效果穩(wěn)定，無二次污染風(fēng)險，可針對深層土壤修復(fù)，但成本較高，技術(shù)復(fù)雜，對土壤性質(zhì)有一定影響；化學(xué)修復(fù)速度快，效果顯著，可針對特定污染物，但可能產(chǎn)生二次污染，成本較高，對土壤生態(tài)有潛在影響；生物修復(fù)成本低，環(huán)境友好，有利于土壤生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，但修復(fù)速度慢，效果受環(huán)境因素影響大修復(fù)效果不穩(wěn)定，適用范圍有限。

5、與其他修復(fù)技術(shù)相比，微生物修復(fù)技術(shù)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，但也存在一些局限之處。為了克服這些局限，需要進(jìn)一步加強(qiáng)微生物修復(fù)技術(shù)的研究和開發(fā)，提高微生物的降解能力和適應(yīng)性，完善修復(fù)效果的評估和監(jiān)測手段，以及探索更加高效、經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，能夠快速有效地將土壤中的三價砷氧化為五價砷，提高生物修復(fù)速度。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，所述菌劑包括改性瓜爾膠載體和菌液，其中，所述改性瓜爾膠載體的結(jié)構(gòu)為：

4、。

5、進(jìn)一步地，所述改性瓜爾膠載體的制備過程包括以下步驟：

6、；

7、（1）取瓜爾膠與三溴化磷、吡啶于甲苯中在5~20°c反應(yīng)10~12h，經(jīng)處理得到溴化瓜爾膠；

8、（2）取溴化瓜爾膠與n,n,n',n'?-?四甲基-1,4-丁二胺于四氫呋喃中反應(yīng)16~24h，經(jīng)處理得到改性瓜爾膠載體。

9、進(jìn)一步地，所述瓜爾膠與三溴化磷、吡啶的質(zhì)量比為2：1~1.5：0.88~1。

10、進(jìn)一步地，所述溴化瓜爾膠與n,n,n',n'?-?四甲基-1,4-丁二胺的質(zhì)量比為2：0.5~0.55。

11、進(jìn)一步地，所述菌液的制備包括以下步驟：

12、1）菌株篩選：所述菌株為臺灣假單胞菌（pseudomonas?taiwanensis，購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。）；

13、2）培養(yǎng)基準(zhǔn)備：所述培養(yǎng)基為營養(yǎng)肉汁瓊脂、胰蛋白胨大豆肉湯中的一種，于蒸汽壓力滅菌鍋0.1mpa、121℃條件下滅菌20min；

14、3）菌株活化：將保存在-80~-70℃下的臺灣假單胞菌菌種取出，在冰浴下緩慢解凍，接種所述解凍的菌種于90~100倍體積的培養(yǎng)基中，放在恒溫振蕩培養(yǎng)箱于160~180rpm、30~32℃條件下振蕩培養(yǎng)24~48h，得活化的菌液；

15、4）擴(kuò)大培養(yǎng)及收集菌液：接種所述活化的菌液于裝有所述活化菌液20倍體積培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中，在30℃、180r/min和1vvm的通氣量條件下培養(yǎng)24h，即得菌液。

16、本發(fā)明的目的之二在于提供一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑的制備方法。

17、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

18、上述基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑的制備方法，包括以下步驟：然后將混合菌液和載體按照2:3的質(zhì)量比混合，180~200rpm攪拌3~5min，然后于15-20℃進(jìn)行干燥，干燥后含水量為6-10wt％，包裝，即得基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑。

19、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：

20、1.一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，包括改性瓜爾膠載體和菌液，改性瓜爾膠的制備原理為：將改性瓜爾膠上的其中一部分醇羥基進(jìn)行鹵代反應(yīng)制得溴化瓜爾膠，再進(jìn)一步將溴化瓜爾膠與叔胺反應(yīng)制備為季銨鹽繼而制得改性瓜爾膠。

21、2.改性瓜爾膠與菌液共同作用后提高菌液修復(fù)速度：改性瓜爾膠具有季銨陽離子，能夠提高對無機(jī)亞砷酸根離子的靜電相互作用和吸附性能，吸附效率高，吸附容量大，綠色環(huán)保，而改性瓜爾膠與菌液配合后，可以將土壤中的亞砷酸根離子吸附聚集，使菌液能夠快速將三價砷離子氧化為低毒、低遷移性的五價砷離子。

技術(shù)特征：

1.一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，其特征在于，所述菌劑包括改性瓜爾膠載體和菌液，其中，所述改性瓜爾膠載體的結(jié)構(gòu)為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，其特征在于，所述改性瓜爾膠載體的制備過程包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，其特征在于，所述瓜爾膠與三溴化磷、吡啶的質(zhì)量比為2：1~1.5：0.88~1。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，其特征在于，所述溴化瓜爾膠與n,n,n',n'-四甲基-1,4-丁二胺的質(zhì)量比為2：0.5~0.55。

5.一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑，其特征在于，所述菌液的制備包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑的制備方法，包括以下步驟：然后將混合菌液和載體按照2:3的質(zhì)量比混合，180~200rpm攪拌3~5min，然后于15-20℃進(jìn)行干燥，干燥后含水量為6-10wt％，包裝，即得基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于土壤污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑。所述基于砷轉(zhuǎn)化微生物長效氧化穩(wěn)定土壤砷污染的菌劑包括改性瓜爾膠載體和菌液，所述改性瓜爾膠載體的制備包括以下步驟：取瓜爾膠與三溴化磷、吡啶于甲苯中在5~20°C反應(yīng)10~12h，經(jīng)處理得到溴化瓜爾膠；取溴化瓜爾膠與N,N,N',N'?四甲基?1,4?丁二胺于四氫呋喃中反應(yīng)16~24h，經(jīng)處理得到改性瓜爾膠載體。改性瓜爾膠與菌液共同作用后提高菌液修復(fù)速度，可以將土壤中的砷離子吸附聚集，使菌液能過快速將三價砷離子氧化為低毒、低遷移性的五價砷離子狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：付融冰,邢恩祿,郭小品,楊超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26