一种利用微生物‑化学法修复砷污染土壤的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微生物‑化学法修复砷污染土壤的方法，该方法包括洗脱、吸附、除砷土壤的处理等步骤。本发明专利技术方法主要是通过对砷具有强还原能力的微生物菌株将土壤固相吸附态砷还原为三价，进而促使其进入土壤溶液。通过加入稳定剂EDTA有效地“屏蔽”土壤胶体，阻止土壤溶液中砷与土壤胶体的二次吸附，最终达到修复砷污染土壤的目的。本发明专利技术中采用的功能微生物易培养，对砷还原能力强；稳定剂与固定剂均无毒，且固定剂可以多次循环使用。采用本发明专利技术的方法可以将总砷含量30～80mg/kg的污染土壤中的砷移除出土体31.3％以上。

A method for remediation of arsenic contaminated soil microbial by chemical method

The invention relates to a method for remediation of arsenic contaminated soil microbial by chemical method, the method including elution and adsorption, soil arsenic removal processing. The method of the invention is mainly to reduce the arsenic of soil solid phase arsenic to trivalent by the microorganism strain with strong reducing ability of arsenic, and then push it into the soil solution. By adding stabilizer EDTA, the soil colloids can be effectively screened to prevent the two adsorption of arsenic and soil colloids in soil solution, and finally to achieve the purpose of remediation of arsenic contaminated soil. The functional microorganism used in the invention is easy to culture, has strong reducing ability to arsenic, is non-toxic to stabilizers and fixing agents, and can be used repeatedly for fixing agents. By adopting the method of the invention, arsenic in the contaminated soil with a total arsenic content of 30 to 80mg/kg can be removed more than 31.3% of the soil mass.

【技术实现步骤摘要】
一种利用微生物-化学法修复砷污染土壤的方法
本专利技术属于农田养护
更具体地，本专利技术涉及一种利用微生物-化学法修复砷污染土壤的方法。
技术介绍
砷是一种在自然界广泛存在的有毒并且具有致癌作用的类金属元素，其污染问题不仅严重影响农产品质量，也严重威胁到人类健康，因而砷污染也是全球面临的十分严峻的环境问题。我国是砷矿大国，也是受砷中毒危害最为严重的国家之一，砷矿广泛分布在我国中南和西南的湖南、云南、广西、广东等省区，砷矿开采或冶炼所带来的含砷废弃物排放，对环境安全带来了十分严重的影响；此外，含砷农药、化肥(主要是磷肥和复合肥)等农资产品过量投入等，也在一定程度上导致土壤砷的累积，并进而影响着植物、动物生长和发育，乃至农产品的质量。因此，修复砷污染土壤、降低土壤中砷的作物有效性、减少农作物对砷的吸收量，已成为农业环境研究的重要方向之一。目前针对砷污染土壤的修复技术主要包括超富集植物修复、客土换土-物理修复等。其中，植物修复主要是利用作物对砷的超富集能力，最后通过移走作物的方法将土壤中砷移除，该方法修复时间长，作物后处理因难。物理修复主要是通过客土或者换土方式将原污染土用干净土覆盖或者替换，该方法修复时间长，效果快，但费用昂贵。总体来看，两种修复技术在实际修复中存在众多问题，明显限制了该技术的发展与应用推广。土壤中的砷形态多样，但不同形态砷的移动性存在较大差别。如三价砷的移动性要显著高于五价砷，因为前者在偏酸性土壤中大多以零价态的H3AsO3存在。因此，可以通过将土壤中的砷还原转化为移动性更强的三价砷，再通过淋洗方法将砷移除土体。目前，关于土壤中砷的洗脱技术，更多的是研究采用了化学方法，如磷酸盐、EDTA、NTA、柠檬酸等。这些洗脱剂虽然在一定程度上提高了土壤中砷的脱洗效率，但不同程度地影响土壤的物理及化学特性，并易造成土壤的二次污染。从淋洗液的后处理工艺上看，也相应地增加了后处理难度，提高了处理成本。相比之下，微生物作为一种相对“温和”且无二次污染的生物技术，在该领域的研究还相对较少，但具有广阔的应用前景。近年来，许多科学家在关注微生物对砷环境行为等研究的同时，也尝试着利用环境中对砷具有氧化、还原或甲基化功能的微生物来修复或控制土壤中的砷污染。例如Pous等人在题目“Anaerobicarseniteoxidationwithanelectrodeservingasthesoleelectronacceptor:anovelapproachtothebioremediationofarsenic-pollutedgroundwater”，《JHazardMater》，第283卷，第4期，第617-622页(2015)中描述了利用具有强氧化砷能力的微生物可以将土壤中的三价砷转化为五价砷，从而有效地降低砷的毒性，同时增加土壤胶体对砷的吸附量，最终降低土壤中砷的毒害风险；Chen等人在题目“VolatilizationofarsenicfrompollutedsoilbyPseudomonasputidaengineeredforexpressionofthearsMArsenic(III)S-adenosinemethyltransferasegene”，《EnvironmentalScience&Technology》，第48卷，第17期，第10337-10344页(2014)中说明利用某些微生物对砷的甲基化作用，可以将砷转化成为易于挥发的含砷化合物，从而将砷以气态形式移出土壤，最终达到修复目的；然而，微生物对砷的还原作用，虽然从毒性上讲可能会增加砷的环境风险，但还原态三价砷的移动性要显著高于五价砷(参见Bissen和Frimmel，题目“Arsenic—areview.PartI:occurrence,toxicity,speciation,mobility”，《ActaHydrochimHydrobiol》，第31卷，第3期，第9-18页(2003))。因此，可以通过微生物将砷还原后再异位洗脱的方法移除土壤中的砷(Deng等人，题目“BioleachingmechanismofheavymetalsinthemixtureofcontaminatedsoilandslagbyusingindigenousPenicilliumchrysogenumstrainF1”，《JHazardMater》，第248卷，第7期，第107-114页(2013))，而淋洗液中的砷可以通过化学或生物方法再移除(Bissen和Frimmel，题目“Arsenic—areview.PartI:occurrence,toxicity,speciation,mobility”，《ActaHydrochimHydrobiol》，第31卷，第3期，第9-18页(2003))，这将大大降低直接从土壤中移除砷的难度，提高修复效率。目前报道的对砷具有耐性和还原能力的细菌主要有希瓦氏菌(Shewanellasp.)、假单胞菌(Pseudomonassp.)、沙雷氏菌属(Serratiasp.)(Lukasz等人，题目“Dissolutionofarsenicmineralsmediatedbydissimilatoryarsenatereducingbacteria:estimationofthephysiologicalpotentialforarsenicmobilization”，《BioMedResInt》，第2014卷，第1期，第841892页(2014))；芽孢杆菌(Bacillussp.)、红球菌属(Rhodococcussp.)、纤维菌属(Cellulosimicrobiumsp.)(Rehman等人，题目“Arsenicandchromiumreductioninco-culturesofbacteriaisolatedfromindustrialsitesinPakistan”，《Microbiology》，第82卷，第11期，第428-433页(2013))；泛生菌属(Pantoeasp.)(Wu等人，题目“BacillusspSXBandPantoeaspIMH,aerobicAs(V)-reducingbacteriaisolatedfromarsenic-contaminatedsoil”，《JApplMicrobiol》，第114卷，第4期，第713-721页(2013))等。但总体来看还存在如下问题：(1)目前发现的对砷具有强还原能力的菌株还相对较少，更多的研究还主要处于菌株筛选、培育及砷还原能力比较等阶段，真实土壤条件下砷还原菌的洗脱效果及其与其化还技术配合修复研究还基本处于空白阶段；(2)通过微生物还原作用进入到土壤溶液中的砷还存在被土壤胶体再吸附的过程，这将大大地降低生物淋洗修复的效率；(3)淋洗液中的砷如何去除，目前还没有基于淋洗过程设计的末端处理技术。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是提供一种利用微生物-化学法修复砷污染土壤的方法。[技术方案]本专利技术是通过下述技术方案实现的。本专利技术涉及一种利用微生物-化学法修复砷污染土壤的方法。该方法的步骤如下：A、洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用微生物‑化学法修复砷污染土壤的方法，其特征在于该方法的步骤如下：A、洗脱以克计砷污染土壤与以毫升计砷还原菌悬液与稳定剂混合物溶液的比:1：5～7，让砷污染土壤、砷还原菌悬液与稳定剂在摇床中在温度26～30℃与转速120～160rpm条件下培养4.5～5.5h，离心分离，得到上清液与沉淀物；B、吸附按照以毫升计上清液与以克计纳米颗粒的比为50：0.4～0.8，往步骤A得到的上清液中添加淀粉修饰含水铁氧化物纳米颗粒，在摇床中在温度22～28℃与转速120～160rpm条件下培养2.5～3.5h，离心分离，得到砷含量小于0.008mg/kg上清液；所述的上清液返回继续使用；C、除砷土壤的处理步骤A得到的沉淀物进行风干，研磨，收集100目粉末用王水硝解，采用HG‑AFS法测定沉淀物总砷含量，计算确定土壤中砷的生物淋洗移除率达到31.3％以上，该粉末为所述的修复土壤。

【技术特征摘要】
1.一种利用微生物-化学法修复砷污染土壤的方法，其特征在于该方法的步骤如下：A、洗脱以克计砷污染土壤与以毫升计砷还原菌悬液与稳定剂混合物溶液的比:1：5～7，让砷污染土壤、砷还原菌悬液与稳定剂在摇床中在温度26～30℃与转速120～160rpm条件下培养4.5～5.5h，离心分离，得到上清液与沉淀物；B、吸附按照以毫升计上清液与以克计纳米颗粒的比为50：0.4～0.8，往步骤A得到的上清液中添加淀粉修饰含水铁氧化物纳米颗粒，在摇床中在温度22～28℃与转速120～160rpm条件下培养2.5～3.5h，离心分离，得到砷含量小于0.008mg/kg上清液；所述的上清液返回继续使用；C、除砷土壤的处理步骤A得到的沉淀物进行风干，研磨，收集100目粉末用王水硝解，采用HG-AFS法测定沉淀物总砷含量，计算确定土壤中砷的生物淋洗移除率达到31.3％以上，该粉末为所述的修复土壤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于砷污染土壤的粒度是20～200目。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏世鸣，曾希柏，王亚男，白玲玉，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11