專利名稱：一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法
一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，涉及一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法，具體是利用菌株治理重金屬污染土壤的生物修復方法，特別是鉛鋅冶煉廢渣堆放場重金屬污染土壤的生物淋濾修復方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，土壤重金屬污染日益嚴重。目前，全世界平均每年排放Hg約I. 5萬噸，Cu 340萬噸，Pb 500萬噸，Mn 1500萬噸，NilOO萬噸。據(jù)我國農(nóng)業(yè)部進行的全國污灌區(qū)調(diào)查，在約140萬hm2的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64. 8%，其中輕度污染的占46. 7%，中度污染的占9. 7%，嚴重污染的占8. 4%。土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆性和污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解的特點，并可經(jīng)水、植物等介質(zhì)最終影響人類健康。因此，治理和恢復的難度大。世界各國對土壤重金屬污染修復技術(shù)進行廣泛的研究，取得了可喜的進展。
重金屬污染土壤的修復思路可歸納為兩種一種是重金屬仍然存在于土壤中，通過向土壤中添加化學試劑或微生物等方法降低重金屬的毒性，從而達到治理的目的，該方法的一個潛在弱點在于，重金屬仍存在于土壤中，如果土壤環(huán)境發(fā)生變化，有可能導致二次污染。另一種是通過溶解絡(luò)合等方式減少土壤中重金屬的含量，該方法可以同時征對幾種重金屬，沒有專一性，并且成本低，操作簡單，不存在二次污染的可能性。
本發(fā)明采用了第二種思路,利用Penicillium chrysogenum Fl產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物， 溶解土壤中的重金屬，減少土壤中重金屬的含量，達到治理的目的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法，具體是利用菌株治理重金屬復合污染土壤的生物淋濾修復方法。該方法成本低廉、修復快速、且不存在二次污染。
一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法，是將菌株P(guān)enicillium Chrysogenum Fl, CGMCC No. 5599用于淋濾修復重金屬污染的土壤。
所述的菌液是經(jīng)過改良察氏液體培養(yǎng)基培養(yǎng)得到的菌液，改良察氏液體培養(yǎng)基組成為:90g 葡萄糖，Ig K2HPO4, 3g NaNO3,0. 5g MgSO4,0. 5g KC1,0. Olg FeSO4,加水至 1L，用 0. lmol/L HCl 調(diào)節(jié)培養(yǎng)基 pH = 7. 0o
具體包括以下步驟
(I)取已配好的改良察氏液體培養(yǎng)基滅菌；待滅菌培養(yǎng)基冷卻后，接種菌株 Penicillium Chrysogenum Fl, CGMCC No. 5599的孢子液,培養(yǎng),制備用于重金屬污染土壤生物淋濾的菌液；
(2)將重金屬污染土壤風干破碎；
(3)滅菌土壤用步驟⑴得到的菌液淋濾。步驟(1)中的孢子液是挑取Penicillium chrysogenum Fl菌落，于察氏固體培養(yǎng)基培養(yǎng)以獲取菌株孢子用于接種，7天后，用無菌槍頭吸取無菌水沖洗Penicillium chrysogenum Fl 的菌落表面,制備 Penicillium chrysogenum Fl IO7 IO8 數(shù)量級的孢子液。步驟(1)中取49mL已配好的改良察氏液體培養(yǎng)基，裝入250mL錐形瓶中，置于 150°C滅菌鍋中滅菌30min。步驟(1)中待滅菌培養(yǎng)基冷卻后，接種l_2mL孢子液，置于25°C恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7-8天，制備用于重金屬污染土壤生物淋濾的菌液。步驟O)中重金屬污染土壤包括此、Zn、Cu和Cd污染的土壤，其含量分別不低于 500mg/kg、500mg/kg、400mg/kg 禾口 lmg/kg。步驟O)中土壤破碎后過2mm篩，取篩下土壤置于150°C滅菌鍋中滅菌30min。步驟(3)中待修復土壤質(zhì)量與菌液體積的比例為1 20 7 40。步驟(3)中淋濾溫度為25 30°C;淋濾速度120 150r/min ；恒溫，120 150r/ min振蕩，淋濾8 10天。發(fā)明人采集湖南某冶煉廠冶煉廢渣堆放場下土壤，經(jīng)過篩選、分離，得到一種在代謝過程中能產(chǎn)生大量有機酸的菌株，經(jīng)鑒定，該菌株的18s rDNA基因序列與Penicillium Chrysogenum strain ATCC 10002的18s rDNA有100%的相似性，該菌株的ITS基因序列與Penicillium Chrysogenum strain ATCC 11709 ITS基因序列有 100%的相似性，命名為 Penicillium Chrysogenum Fl0該菌株已于2011年12月15日向中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)提交專利生物保藏，保藏號CGMCC No. 5599。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(1)成本低，經(jīng)濟效益顯著本發(fā)明利用從冶煉廢渣堆場分離出來的土著菌株修復重金屬污染土壤，除培養(yǎng)基外，不需添加其他化學試劑，且淋濾出的重金屬可回收利用， 因此該修復方法成本較低。(2)修復高效、快速本發(fā)明修復重金屬污染土壤的時間為8天，土壤1 的去除率達到14%，Cd的去除率達到63%，Si的去除率達到M%，Cu的去除率達到56%。(3)無二次污染淋濾液中的重金屬可回收利用，對周圍環(huán)境和地下水不會造成二次污染，降低了土壤修復后的生態(tài)風險。(4)本發(fā)明方法修復土壤后，大量培養(yǎng)基保留在土壤中，能改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤的肥力，有利于土壤生態(tài)修復。


圖1 本發(fā)明對重金屬(Pb，Zn, Cd和Cu)復合污染土壤處理效果；圖2 本發(fā)明對不同淋濾方法效果比較；圖3 本發(fā)明對滅菌和未滅菌土壤淋濾方法效果比較。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
實施例1 湖南株洲某冶煉廠冶煉廢渣堆放場復合污染土壤生物淋濾修復分別挑取Penicillium chrysogenum Fl菌落，于察氏固體培養(yǎng)基(蔗糖30g， K2HPO4 lg，NaNO3 3g，MgSO4 0.5g，KCl 0. 5g, FeSO4 0. Olg，瓊脂 20g，加 H2O 至 IL ；用 0. Imol L-IHCl調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH值至6. 7)培養(yǎng)以獲取菌株孢子用于接種，7天后，用無菌槍頭吸取無菌水沖洗 Penicillium chrysogenum Fl 的菌落表面，制備 Penicillium chrysogenum Fl IO7數(shù)量級孢子液。將采集到的湖南株洲某冶煉廠廠區(qū)內(nèi)冶煉廢渣堆下土壤，風干，磨碎，過2mm孔徑篩，置于 150°C滅菌鍋中滅菌 30min。稱葡萄糖 90g，K2HPO4 lg, NaN0s3g, MgSO4 0. 5g, KCl 0. 5g, FeSO4 0. Olg溶于IL H2O,用0. Imol I^1HCl調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH值至7. 0，制備改良察氏液體培養(yǎng)基。取49mL已配好的改良察氏液體培養(yǎng)基，裝入250mL錐形瓶中，置于150°C滅菌鍋中滅菌30min。滅菌完畢冷卻后，接種ImLlO7數(shù)量級上述孢子液于滅菌改良察氏液體培養(yǎng)基中，置于25°C恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7天，得到生物淋濾用的菌液。往2. 5g滅菌土壤在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中用50mL菌液淋濾8天，淋濾速度120r/min，溫度25°C，每隔一天取出稱重，由于水分蒸發(fā)減少的重量通過添加無菌水恒重，8天后取出，過濾，測濾液中重金屬濃度；采用ICP-AES測定濾液中各重金屬的濃度，根據(jù)所測的濃度及2. 5g土壤在50mL培養(yǎng)基中的濃度，計算各重金屬的淋濾效率。土壤中重金屬 Pb，Zn，Cu 和 Cd 的含量由原來的 Pb 1889. 6mg/kg, Zn5682mg/kg, Cul848. 6mg/kg 和 Cd48. 4mg/kg 降低至 Pbl616. 74mg/kg, Zn2625. 08mg/kg, Cu 822. 07mg/kg 和Cdl7. 80mg/kg，Pb的去除率達到14%,Cd的去除率達到63%,Zn的去除率達到54%,Cu 的去除率達到56%。實施例2采用不同淋濾方法Penicillium Chrysogenum Fl修復重金屬復合污染效果比較取49mL改良察氏液體培養(yǎng)基裝入250mL錐形瓶中滅菌，接種約IO7數(shù)量級孢子液 lmL，加入2. 5g滅菌土壤。置于恒溫震蕩培養(yǎng)箱中(25°C，120r/min)震蕩培養(yǎng)15天。實驗分成3組，第一組為一步法，即在接種孢子液的同時加入土壤，第二組為二步法，即先培養(yǎng)菌7天，再加土壤，第三組為對照，只加土壤，不接種孢子液。每組實驗三個重復。15天后取出過濾，濾液用于測重金屬濃度，此濃度為淋濾后濃度，重金屬濃度的測量采用ICP-AES測量。經(jīng)檢測，一步法效果分別為Pb的去除率9.4%，Zn的去除率40%，Cd的去除率50%， Cu的去除率35% ；二步法效果分別為Pb的去除率14%，Zn的去除率M%，Cd的去除率 63%, Cu的去除率56% (圖2)。實施例3Penicillium Chrysogenum Fl修復未滅菌重金屬復合污染土壤取49mL改良察氏液體培養(yǎng)基裝入250mL錐形瓶中滅菌，接種約IO7數(shù)量級孢子液 lmL，加入2.5g未滅菌土壤。置于恒溫震蕩培養(yǎng)箱中(25°C，120r/min)震蕩培養(yǎng)15天。實驗分成2組，第一組即先培養(yǎng)菌7天，再加未滅菌土壤，第二組為對照，先培養(yǎng)菌7天，再加滅菌土壤。每組實驗三個重復。15天后取出過濾，濾液用于測重金屬濃度，此濃度為淋濾后濃度，重金屬濃度的測量采用ICP-AES測量。經(jīng)檢測，第一組各重金屬去除率為 的去除率12%，Zn的去除率55%，Cd的去除率67%，Cu的去除率53%第二組各重金屬去除率為Pb的去除率14%，Zn的去除率M%，Cd的去除率63%，Cu的去除率56% (圖3)。
權(quán)利要求
1.一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法，其特征在于，將菌株P(guān)enicillium Chrysogenum Fl, CGMCC No. 5599的菌液用于淋濾修復重金屬污染的土壤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的菌液是經(jīng)過改良察氏液體培養(yǎng)基培養(yǎng)得到的菌液，改良察氏液體培養(yǎng)基組成為90g葡萄糖，Ig K2HPO4, 3g NaNO3,0. 5g MgSO4,0. 5g KC1,0. Olg FeSO4,加水至 1L，用 0. lmol/L HCl 調(diào)節(jié)培養(yǎng)基 pH = 7. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，具體包括以下步驟(1)取已配好的改良察氏液體培養(yǎng)基滅菌；待滅菌培養(yǎng)基冷卻后，接種菌株 Penicillium Chrysogenum Fl, CGMCC No. 5599的孢子液,培養(yǎng),制備用于重金屬污染土壤生物淋濾的菌液；(2)將重金屬污染土壤風干破碎；(3)土壤用步驟(I)得到的菌液淋濾。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟(I)中的孢子液是挑取Penicillium chrysogenum Fl菌落，于察氏固體培養(yǎng)基培養(yǎng)以獲取菌株孢子用于接種，7天后，用無菌槍頭吸取無菌水沖洗Penicillium chrysogenum Fl 的菌落表面，制備Penicillium chrysogenum Fl 107 108 數(shù)量級的抱子液。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(I)中取49mL已配好的改良察氏液體培養(yǎng)基，裝入250mL錐形瓶中，置于150°C滅菌鍋中滅菌30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(I)中待滅菌培養(yǎng)基冷卻后，接種l_2mL孢子液，置于25°C恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 7-8天，制備用于重金屬污染土壤生物淋濾的菌液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中重金屬污染土壤包括Pb、Zn、 Cu和Cd污染的土壤,其含量分別不低于500mg/kg、500mg/kg、400mg/kg和lmg/kg。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中土壤破碎后過2mm篩，取篩下土壤置于150°C滅菌鍋中滅菌30min。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(3)中待修復土壤質(zhì)量與菌液體積的比例為I : 20 7 : 40。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(3)中淋濾溫度為25 30°C;淋濾速度120 150r/min ;恒溫,120 150r/min振蕩,淋濾8 10天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重金屬污染土壤生物淋濾修復方法。將經(jīng)過改良察氏液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的Penicillium chrysogenum F1孢子液培養(yǎng)后，制備得到淋濾菌液；淋濾風干、破碎的重金屬污染土壤。采用本發(fā)明修復重金屬(Pb，Zn，Cd和Cu)復合污染土壤，土壤Pb的去除率達到14％，Cd的去除率達到63％，Zn的去除率達到54％，Cu的去除率達到56％。該發(fā)明修復重金屬污染土壤見效快、重金屬去除高效、不存在二次污染等優(yōu)點。
文檔編號B09C1/10GK102527713SQ201110451738
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者唐崇儉, 楊衛(wèi)春, 楊志輝, 柴立元, 鄧新輝 申請人:中南大學