一种添加单质硫原位微生物合成硫铁矿用于石油烃污染土壤修复的方法技术

本发明专利技术公开了一种土壤微生物电化学系统中添加单质硫原位合成硫铁矿用于石油烃污染土壤修复的方法，该方法主要针对土壤的电导性较差、传质较难导致有效修复范围受到限制等问题，通过简单地向石油原土中均匀的混入廉价的升华单质硫粉，采用单室两电极体系构建土壤微生物电化学体系，在微生物的作用下，利用土壤中固有的含量丰富的含铁化合物形成硫铁矿物导电网络，60天总石油烃去除率为62%，硫铁矿的鉴定通过场发射电子扫描显微镜以及能量色散X射线谱等完成。该方法显著强化了石油烃污染土壤的修复，促进了生物地球化学循环，是一种绿色、安全、低成本、有前景的有机污染土壤生物修复技术。复技术。复技术。

【技术实现步骤摘要】
一种添加单质硫原位微生物合成硫铁矿用于石油烃污染土壤修复的方法


[0001]本专利技术所涉及的领域是污染物修复领域，特别涉及一种由微生物电化学体系中微生物原位合成硫铁矿的石油烃污染土壤的修复方法。

技术介绍

[0002]随着我国生态文明建设的推进，石油行业发展较为迅速。在油气开采的过程中，会形成大量的低浓污油泥，给石油企业造成严重经济损失的同时，所导致的土壤环境污染问题日益突出，已成为国家层面上处于首位的十大重点关注行业之一。除此之外，污油泥中含油量较高，是废物中的宝贵资源，如果不进行回收，同时也会造成较大的资料浪费。现今为止，针对污油泥的处理方法包括焚烧处理方法、溶剂萃取技术、热水洗处理技术、热分解处理技术和生物处理技术等。然而，不可避免地，这些方法均存在各自的弊端，如资源浪费、二次污染、处理成本高、耗时较长等，因此亟待寻找一种强化油泥处理的方法。
[0003]微生物电化学技术是近些年来出现的一种新型修复技术，该技术是通过富集一些自然界存在的电活性微生物，将体内底物代谢产生的电子转移至胞外导电材料等电子受体从而完成细胞的电子传递过程。与通常的生物修复技术不同，它通过微生物电流的刺激作用来促进有机污染物的降解去除。该技术已被成功地应用到了污水、沉积物修复当中。研究表明，土壤微生物电化学技术是一种新型的原位石油烃污染土壤修复方式，它将阳极附近电活性菌群代谢产生的胞外电子通过外电路传递到空气阴极，与O2和土壤中的H
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反应生成H2O（以空气阴极为例），并形成闭合回路。这一过程可以自发进行（微生物燃料电池），也可以在外电压下进行（微生物电解池）。但是由于土壤的电导性较差、传质较难导致有效修复范围受到限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的和就是针对上述实际问题，基于微生物电化学原理对上述低浓油泥的治理开发了一种添加单质硫微生物原位合成硫铁矿强化石油烃污染土壤修复的技术。该方法构建了一种生物电化学治理低浓度落地油污染的高效、低成本技术，在导电矿物的绿色合成、高浓有机负荷处理和可持续生物催化等方面存在巨大的应用前景。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：土壤微生物电化学体系中一种微生物原位合成硫铁矿的石油烃污染土壤的修复方法，所述的土壤微生物电化学系统的构建步骤如下：所述的土壤微生物电化学系统采用的反应器是由长8 cm、宽8 cm、高7 cm的亚克力材质的长方体腔室构成，阳极材料选用一片长7 cm、高4 cm、厚度为0.2 cm的石墨板立于腔体的一侧，阴极材料选用长、高与阳极同样大小、厚度为0.3 cm的不锈钢网平行置于腔体的对面一侧，使得阴阳极之间的距离为7 cm，阳极和阴极分别用一根钛丝连接延伸出4 cm作为导线。将采集的石油原土进行研磨和过筛之后，加入研磨过筛之后的升华硫粉（3 g/kg
石油原土），使其均匀混合，然后称取250 g 混合后的土壤均匀的铺在腔室内，上层采用水封2－3 cm的方式保持土壤体系的厌氧环境。采用实验室研发的具有实时电流采集功能的恒电位仪在阳极和阴极之间施加1.2 V电压，同时采集变化的电流信号。所有反应器在25
ꢀ±ꢀ1ꢀ°
C的避光的温室中运行。
有益效果
[0006]现有的土壤微生物电化学技术的应用通常受限于土壤的导电性差、传质难、有效修复范围小等。本专利技术提出的一种微生物电化学体系中添加单质硫粉原位合成硫铁矿强化土壤修复的方法，利用土壤中丰富的电活性菌、铁还原菌、单质硫还原菌及石油土中的石油烃降解功能菌群，首先以土壤中固有的含量丰富的铁氧化物以及人为撒入的硫粉为电子受体，石油烃为有机电子供体，形成大量的、相互交织的硫铁矿导电网络，使远离电极的微生物紧密聚集，加速微生物间的近距离电子传递和远距离间接电子传递，消除了土壤中介质阻力过大的壁垒，大大提升了土壤的电导性，结合微生物电化学技术的优势，促进了石油烃的降解——2个月后总石油烃去除率高达62%，显著强化了石油烃污染土壤的修复，促进了生物地球化学循环。此外，硫粉廉价易得，这无疑是一种绿色、安全、低成本、有前景的有机污染土壤生物修复技术。
附图说明
[0007] 图1 土壤微生物电化学系统示意图：1电脑；2电源兼数据采集的恒电位仪；3土壤反应器；4不锈钢网阴极；5石墨板阳极；6石油土层；7水封层
[0008] 图2 本专利技术中土壤微生物电化学系统中所采集到的时间
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电流图
[0009] 图3 加硫组黑色物质的场发射电子扫描显微镜（SEM）图
[0010] 图4 各组的60天内土壤总石油烃（TPH）的去除情况
具体实施方式
[0011] 以下结合附图和具体实施例来对本专利技术做进一步的说明。
[0012]实施案例1
[0013] 使用超声提取法测定石油原土中总石油烃含量。
[0014]实施案例2
[0015] 采用图1所示的土壤微生物电化学系统，阳极材料选用一片长7 cm、高4 cm、厚度为0.2 cm的石墨板5立于腔体的一侧，阴极材料选用长、高与阳极同样大小、厚度为0.3 cm的不锈钢网4平行置于腔体的对面一侧，使得阴阳极之间的距离为7 cm，阳极和阴极分别用一根钛丝连接延伸出4 cm作为导线。将采集的石油原土进行研磨和过筛之后，加入研磨过筛之后的升华硫粉（~3 g/kg石油原土），使其均匀混合，然后称取~250 g 混合后的土壤6均匀的铺在腔室内，上层采用水封2－3 cm的方式保持土壤体系的厌氧环境。采用实验室研发的具有实时电流采集功能的恒电位仪2在阳极和阴极之间施加1.2 V电压，同时使用电脑1采集变化的电流信号如图2中Soil
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BES
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S所示。所有反应器在25
ꢀ±ꢀ1ꢀ°
C的避光的温室中运行。60天后使用超声提取法测定土壤中剩余的总石油烃含量，经计算总石油烃去除率为62%（图4）；并采集样品，使用场电子扫描显微镜观察黑色物质的形貌特征，发现观察到的黑
色物质由规则的针状矿物结构组成（图3），同时使用能量色散X射线谱（EDS）观察元素组成（C：S：Fe=43%：29%： 28%）及计算其比例发现黑色物质为FeS。
[0016]实施案例3
[0017] 采用图1所示的土壤微生物电化学系统，阳极材料选用一片长7 cm、高4 cm、厚度为0.2 cm的石墨板5立于腔体的一侧，阴极材料选用长、高与阳极同样大小、厚度为0.3 cm的不锈钢网4平行置于腔体的对面一侧，使得阴阳极之间的距离为7 cm，阳极和阴极分别用一根钛丝连接延伸出4 cm作为导线。将采集的石油原土进行研磨和过筛之后在γ射线照射灭菌，加入研磨过筛之后的升华硫粉（~3 g/kg石油原土），使其均匀混合，然后称取~250 g 混合后的灭菌土均匀的铺在腔室内，上层注入无菌水2－3 cm保持土壤体系的厌氧环境。采用实验室研发的具有实时电流采集功能的恒电位仪2在阳极和阴极之间施加1.2 V电压，同时使用电脑1采集变化的电流信号如图2中steri本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加单质硫原位微生物合成硫铁矿用于石油烃污染土壤修复的方法，其特征在于该方法是通过以下步骤实现的：采用的反应器是由长8 cm、宽8 cm、高7 cm的亚克力材质的长方体腔室构成，阳极材料选用一片长7 cm、高4 cm、厚度为0.2 cm的石墨板立于腔体的一侧，阴极材料选用长、高与阳极同样大小、厚度为0.3 cm的不锈钢网平行置于腔体的对面一侧，使得阴阳极之间的距离为7 cm，阳极和阴极分别用一根钛丝连接延伸出4 cm作为导线。2.将采集的石油原土进行研磨和过筛之后，加入研磨过筛之后的升华硫粉（3 g/kg石油原土），使其均匀混合，然后称取150 g 混合后的土壤均匀的铺在腔室内，上层采用水封2－3 cm的方式保持土壤体系的厌氧环境。采用实验室研发的具有实时电流采集功能的恒电位仪在阳极和阴极之间施加1.2 V电压，同时采集变化的电流信号。所有反应器在25
ꢀ±ꢀ1ꢀ°
C的避光的温室中运行。3.根据权力要求1所述的一种添加单质硫微生物原位合成硫铁矿用于石油...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，赵倩，刘滢，李楠，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：