用于污染物微生物强化修复的营养盐的筛选方法及应用 |
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| 申请号 | CN201710590579.5 | 申请日 | 2017-07-19 | 公开(公告)号 | CN107377614A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 北京高能时代环境技术股份有限公司; | 发明人 | 吕正勇; 申坤; 朱湖地; 魏丽; 苗竹; 倪鑫鑫; 张亮亮; 甄胜利; 刘泽军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于污染物 微 生物 强化修复的营养盐的筛选方法，包括如下步骤：1）在含污染物的液体样品中分别加入培养基，然后观察菌群的生长情况，进行基线筛选；2）向含污染物的液体样品中，分别添加不同配比、不同种类的营养盐进行摇瓶培养，通过平板计数和ATP生物 荧光 检测仪来对微生物菌落的数量进行测试；3）检测加入营养盐培养后的含污染物的液体样品中污染物的浓度，根据以上结果对营养盐强化微生物的污染物修复效果进行评价，从而得出最佳的营养盐配方。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于污染物微生物强化修复的营养盐的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于污染物微生物强化修复的营养盐的筛选方法及应用技术领域[0001] 本发明属于环境工程技术领域中微生物强化修复技术，具体涉及一种用于污染物微生物强化修复的营养盐的筛选方法及通过该筛选方法筛选出的营养盐，尤其涉及关于六价铬微生物强化修复的营养盐的筛选方法。 背景技术[0002] 近几年来，随着国民经济的高速发展，污染物的处理问题是当前人类社会广泛关注的一个问题。 [0003] 重金属中的“五毒”，即铬、镉、汞、砷和铅。其中水溶性和迁移性最大的是六价铬。六价铬一般由铬盐生产厂家产生，一般都赋存于有钙焙烧产生的铬渣中，以及存在于后期由于淋滤作用导致铬渣污染其周围的土壤和地下水中。六价铬主要通过皮肤接触、经口摄入和呼吸吸入等暴露途径对人体造成很大的健康威胁，同时六价铬的迁移性很大，对周围土壤和地下水造成了很大的污染。 [0007] 化学还原法其中化学还原法主要是通过添加硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、铁粉、硫化钠、多硫化钙等还原性物质作为电子供体给六价铬达到还原成三价铬的目的。以亚铁离子和六价铬反应方程式作为例子进行说明： 以1000g土壤或铬渣为例，六价铬的浓度为9970mg/kg，所以六价铬的质量为9970mg，即 0.19173mol。目标值是64mg/kg，对应0.00123mol，及需要对0.1905mol的Cr6+进行还原处理，根据上述反应方程式需要添加0.5715mol的Fe2+作为还原剂。 [0008] 对应的硫酸亚铁添加量为25%，硫酸亚铁添加量为250g，有效含量为87%，即217.5g，分子量为278g/mol，所以为0.7824mol，药剂添加安全系数为1.3690。多添加的药剂一方面用于与废渣中存在的其他能够消耗亚铁的氧化态物质反应，另一方面用于后期防止Cr3+反弹成Cr6+而提供一个还原环境。 [0009] 由于添加了大量的硫酸亚铁或其他物质，造成治理后的场地的硫酸盐超标，土壤次生盐渍化、板结等问题。 [0011] 问题是增容性较大，最后生成物的pH值一般处于碱性范围（pH=10左右）；优点是能够在较短的时间完成处置任务。 [0012] 湿法解毒湿法解毒一般是针对高浓度的铬渣或铬污染土壤来进行处置。 [0013] 利用硫酸进行预酸化来强化六价铬的还原效果。首先铬渣经磨细成200目（0.075微米）的粒径，然后加入硫酸、硫酸亚铁溶液和水充分搅拌后，加入片碱调节pH=9.5，在碱性条件下三价铬以氢氧化铬的形式沉淀，然后经板框压滤得到泥饼，压滤水泵送到污水处理站统一处理。 [0016] 优点是能够彻底的把六价铬还原成三价铬并沉淀下来，但是前期设备硬件投入很大，能耗也很高。 [0017] 综上所述，采用淋洗、堆浸、湿法解毒或干法解毒虽然处理比较彻底，但是能耗高、成本高并且需要大量的化学试剂。 [0019] 为了满足六价铬实际工程需求，确保质保期内以及长期稳定性，在利用化学方法进行修复的同时加入微生物强化修复。 [0020] 微生物修复法由于具有环境友好、成本低等优点而受到许多学者的关注。微生物修复铬污染土壤主要是利用刺激强化土壤中的土著微生物或外源性的人工加入经驯化的高效微生物，通过微生物还原反应，将有毒的、可移动的Cr(Ⅵ)还原为低毒的、不易移动的Cr(Ⅲ)，达到治理土壤铬污染的目的。 [0021] 外源性微生物国家有严格的管控规定，并且需要前期进行大量的高通量筛选，并且需要加入的外源性菌群与原有土著微生物存在竞争关系。优先利用土著微生物对Cr(Ⅵ)进行还原解毒，强化修复效果，在环境安全性、环境适应性、种群协调性和应用成本方面具有其他异地菌种不可比拟的优越性。所以寻找一种刺激强化土著微生物的方法变得当务之急。 发明内容[0022] 为了解决土著微生物的刺激强化问题，本发明提供了一种用于六价铬微生物强化修复的营养盐的快速筛选方法。通过快速筛选高效营养盐，加入到处理后的六价铬污染土壤、废渣等进行强化修复，增强其长期稳定性。 [0023] 本发明提供一种用于污染物微生物强化修复的营养盐的筛选方法，包括如下步骤：1）在含污染物的液体样品中分别加入培养基，然后观察菌群的生长情况，进行基线筛选；（以确定污染物的浓度适合进行微生物修复，为前期化学修复的终点提供指导；同时用来确定液体样品中具有可观的微生物菌群数量） 2）向含污染物的液体样品中，分别添加不同配比、不同种类的营养盐进行摇瓶培养，通过平板计数和ATP生物荧光检测仪来对微生物菌落的数量进行测试； 3）检测加入营养盐培养后的含污染物的液体样品中六价铬的浓度，根据以上结果对营养盐强化微生物的污染物修复效果进行评价，从而得出最佳的营养盐配方。 [0024] 优选地，所述含污染物的液体样品为含污染物的固体样品的浸出液、污染物污染的地下水和污染物污染的地表水的一种或两种以上的任意组合。 [0025] 优选地，所述污染物为六价铬污染物，含污染物的液体样品为六价铬污染的固体污染物的的浸出液、六价铬污染的地下水和六价铬污染的地表水的一种或两种以上的任意组合。优选地，所述培养基为硫乙醇酸盐流体培养基。 [0026] 优选地，所述六价铬污染的固体污染物的的浸出液的制备方法如下：六价铬浓度在100mg/kg以下的铬污染固体污染物或经化学还原稳定预处理后六价铬浓度降低到100mg/kg以下的铬污染的固体污染物，粒径磨细到1cm以下，加入去离子水或同等纯度的蒸馏水，浸泡，取上清液即得。 [0027] 优选地，浸出液制备的液固比为5:1—10:1。 [0028] 优选地，浸出液制备过程中的浸泡混合时间为6-8小时，并且每隔2个小时人工搅拌1分钟，静置时间为1-2小时。 [0030] 优选地，所述摇瓶培养时间为5-10天。 [0031] 优选地，所述培养基为营养肉汤培养基、TTC营养琼脂培养基、琼脂粉培养基、硫乙醇酸盐流体培养基的一种或两种以上的任意组合。 [0033] 本发明还提供一种利用上述的筛选方法筛选得到的用于六价铬微生物强化修复的营养盐，所述营养盐为腐殖酸、乳化植物油、复合有机肥、尿素、玉米芯、牛肉冻、甲醇、葡萄糖、啤酒糟的一种或两种以上的任意组合，所述营养盐中的碳氮质量比为C:N =10:1 10。~ 优选地，所述营养盐中碳氮质量比为C:N=10:5，或者所述营养盐中碳氮磷质量比为C:N:P= 10:5:1—10:5:2。 [0034] 用于六价铬微生物强化修复的营养盐优选为葡萄糖和尿素或者复合有机肥与尿素的混合物。 [0035] 上述的营养盐的用途，将所述营养盐加入至六价铬污染的固体污染物或液体污染物中进行强化修复。 [0036] 本发明还提供上述的筛选方法得到营养盐的用途，将筛选得到的所述用于污染物微生物强化修复的营养盐加入至该污染物的固体污染物或液体污染物中进行强化修复。 [0037] 本发明能够达到以下技术效果：根据本发明的方法，针对六价铬降低到100mg/kg以下污染介质，观察其浸出液在培养基上的生长情况，通过基线实验筛选出具有合适菌落数量的的供试样品；对筛选出来的样品制作浸出液，在浸出液中添加不同配比的营养盐进行摇瓶培养，通过平板计数和ATP生物荧光检测仪来对微生物菌落的数量进行测试，以此来对不同配比的营养盐进行初步筛选； 然后对微生物菌落数量比较大的营养盐配比组以及原浸出液测试六价铬的浓度，以此验证营养盐配方的效果。根据以上结果对营养盐强化微生物的修复效果进行评价，从而得出最佳的营养盐配方。然后在化学处理后的铬污染土壤中添加营养盐刺激强化土著微生物修复六价铬，增强长期稳定性。 [0038] 相比于固相反应直接把营养盐添加到铬污染介质中进行筛选，液相反应更快速，更直观。 具体实施方式[0039] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 [0040] 本发明所叙述药剂均为试剂纯，由国药集团化学试剂有限公司提供。实施例中所述供试含Cr废渣，Cr污染土壤的样品来自山东、四川、青海、甘肃的铬污染场地。样品主要受6+ Cr 污染，样品分别风干、磨碎、过2mm筛后备用。 [0041] 实施例1本实施例用于山东某铬污染场地，具体如下： 污染物为Cr渣，呈黄色，Cr6+浓度为8353mg/kg—9770mg/kg。 [0042] 实验流程描述如下：a、称取100g污染样品装入烧杯中； b、测试供试样品的pH=13.20； c、通过化学还原稳定化处理，把六价铬的浓度降低到100mg/kg以下； d、1000ml去离子水浸泡混合6个小时，每2小时充分搅拌混匀，静置1小时后取上清液，即为浸出液； e、分别吸取1-2ml浸出液接种在硫乙醇酸盐流体培养基、营养肉汤、琼脂粉上，观察菌落生长状况； f、在三个摇瓶中分别加入100ml浸出液，向三个摇瓶中分别加入7g复合有机肥和尿素的混合物（C:N:P重量比=10:5:1）、7g甲醇和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）、7g葡萄糖和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）； g、摇瓶培养5天后测试其菌群数、ATP生物荧光值； h、测试浸出液原样和营养盐组的六价铬浓度。 [0043] 化学还原稳定后浸出液原样六价铬浓度为5.3mg/L。在硫乙醇酸盐流体培养基上长势良好、部分显示出了浅绿色，说明浸出液中存在能够强化修复六价铬的菌群。葡萄糖和尿素摇瓶培养组效果最好5天后菌群数量达到106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.2倍，六价铬浓度变为4.7mg/L。复合有机肥和尿素培养组5天后菌群数量达到8×105/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.1倍，六价铬浓度变为4.9mg/L。甲醇和尿素培养组5天后菌群数量达到7×105/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.17倍，六价铬浓度变为4.8mg/L。 [0044] 实施例2本实施例用于山东某铬污染场地，具体如下： 污染物为Cr污染土壤，Cr6+浓度为376mg/kg—1612mg/kg。 [0045] a、称取100g污染样品装入烧杯中；b、测试供试样品的pH=10.10； c、通过化学还原稳定化处理，把六价铬的浓度降低到100mg/kg以下； d、1000ml去离子水浸泡混合8个小时，每2小时充分搅拌混匀，静置2小时后取上清液，即为浸出液； e、分别吸取1-2ml浸出液接种在硫乙醇酸盐流体培养基、营养肉汤、TTC营养琼脂上，观察菌落生长状况； f、在三个摇瓶中分别加入100ml浸出液，向三个摇瓶中分别加入7g复合有机肥和尿素的混合物（C:N:P重量比=10:5:2）、7g甲醇和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）、7g葡萄糖和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）； g、摇瓶培养7天后测试其菌群数、ATP生物荧光值； h、测试浸出液原样和营养盐组的六价铬浓度。 [0046] 化学还原稳定后浸出液原样六价铬浓度为1.3mg/L。在硫乙醇酸盐流体培养基上长势良好、大部分都变为了浅绿色，说明浸出液中存在能够强化修复六价铬的菌群。复合有机肥和尿素混合物摇瓶培养组效果最好7天后菌群数量达到5×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.5倍，六价铬浓度变为0.8mg/L。葡萄糖和尿素培养组5天后菌群数量达到4×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.2倍，六价铬浓度变为0.9mg/L。甲醇和尿素培养组5天后菌群数量达到2×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.1倍，六价铬浓度变为0.9mg/L。 [0047] 实施例3本实施例用于山东某铬污染场地，具体如下： 污染物为Cr渣和土壤的混合物，Cr6+浓度为4622mg/kg—5384 mg/kg。 [0048] a、称取100g污染样品装入烧杯中；b、测试供试样品的pH=11.90； c、通过化学还原稳定化处理，把六价铬的浓度降低到100mg/kg以下； d、1000ml去离子水浸泡混合7个小时，每2小时充分搅拌混匀，静置1.5小时后取上清液，即为浸出液； e、分别吸取1-2ml浸出液接种在营养肉汤、TTC营养琼脂、琼脂粉、硫乙醇酸盐流体培养基上，观察菌落生长状况； f、在三个摇瓶中分别加入100ml浸出液，向三个摇瓶中分别加入7g复合有机肥和尿素的混合物（C:N:P重量比=10:5:1）、7g乳化植物油（C:N重量比=10:5）、7g葡萄糖和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）； g、摇瓶培养8天后测试其菌群数、ATP生物荧光值； h、测试浸出液原样和营养盐组的六价铬浓度。 [0049] 化学还原稳定后浸出液原样六价铬浓度为3.1mg/L，在硫乙醇酸盐流体培养基上长势良好、部分显示出了浅绿色，说明浸出液中存在能够强化修复六价铬的菌群。葡萄糖和尿素摇瓶培养组效果最好8天后菌群数量达到2×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.6倍，六价铬浓度变为2.5mg/L。乳化植物油培养组5天后菌群数量达到106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.4倍，六价铬浓度变为2.6mg/L。复合有机肥和尿素培养组5天后菌群数量达到1.5×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.5倍，六价铬浓度变为2.6mg/L。 [0050] 实施例4本实施例用于甘肃某铬污染场地，具体如下： 污染物为Cr污染土壤，Cr6+浓度为951mg/kg—2463mg/kg。 [0051] a、称取100g污染样品装入烧杯中；b、测试供试样品的pH=10.40； c、通过化学还原稳定化处理，把六价铬的浓度降低到100mg/kg以下； d、1000ml去离子水浸泡混合6个小时，每2小时充分搅拌混匀，静置1小时后取上清液，即为浸出液； e、吸取1-2ml浸出液接种在TTC营养琼脂、琼脂粉、硫乙醇酸盐流体培养基上，观察菌落生长状况； f、在三个摇瓶中分别加入100ml浸出液，向三个摇瓶中分别加入7g腐殖酸和尿素的混合物（C:N:P重量比=10:5）、7g甲醇和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）、7g葡萄糖和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）； g、摇瓶培养9天后测试其菌群数、ATP生物荧光值； h、测试浸出液原样和营养盐组的六价铬浓度。 [0052] 化学还原稳定后浸出液原样六价铬浓度为1.5mg/L，在硫乙醇酸盐流体培养基上长势良好、大部分都变为了浅绿色，说明浸出液中存在能够强化修复六价铬的菌群。葡萄糖和尿素摇瓶培养组效果最好9天后菌群数量达到4×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.3倍，六价铬浓度变为0.9mg/L。腐殖酸和尿素培养组5天后菌群数量达到3×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.2倍，六价铬浓度变为1.0mg/L。复合有机肥和尿素培养组5天后菌群数量达到3×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了2.2倍，六价铬浓度变为1.0mg/L。 [0053] 实施例5本实施例用于青海某铬污染场地，具体如下： 污染物为Cr渣和土壤的混合物，Cr6+浓度为6340mg/kg—8463mg/kg。 [0054] a、称取100g污染样品装入烧杯中；b、测试供试样品的pH=12.30； c、通过化学还原稳定化处理，把六价铬的浓度降低到100mg/kg以下； d、1000ml去离子水浸泡混合8个小时，每2小时充分搅拌混匀，静置2小时后取上清液，即为浸出液； e、吸取1-2ml浸出液接种在营养肉汤、TTC营养琼脂、琼脂粉、硫乙醇酸盐流体培养基上，观察菌落生长状况； f、在三个摇瓶中分别加入100ml浸出液，向三个摇瓶中分别加入7g复合有机肥和尿素的混合物（C:N:P重量比=10:5:2）、7g甲醇和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）、7g葡萄糖和尿素的混合物（C:N重量比=10:5）； g、摇瓶培养10天后测试其菌群数、ATP生物荧光值； h、测试浸出液原样和营养盐组的六价铬浓度。 [0055] 化学还原稳定后浸出液原样六价铬浓度为3.5mg/L，在硫乙醇酸盐流体培养基上长势良好、部分显示出了浅绿色，说明浸出液中存在能够强化修复六价铬的菌群。葡萄糖和尿素摇瓶培养组效果最好10天后菌群数量达到1.5×106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.4倍，六价铬浓度变为2.9mg/L。复合有机肥和尿素培养组5天后菌群数量达到106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.3倍，六价铬浓度变为3.0 mg/L。甲醇和尿素培养组5天后菌群数量达到106/ml，ATP生物荧光RLU值提升了1.2倍，六价铬浓度变为3.1mg/L。 [0056] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。 |
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