一种用于重金属污染土壤的修复方法与流程

1.本发明涉及土壤微生物修复技术领域，具体为一种用于重金属污染土壤的修复方法。


背景技术：

2.目前，微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属的毒性。趋磁细菌属于革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特性，细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在地磁场的作用下可以定向运动，而且对重金属有较强的吸附能力。现国内外已有关于趋磁细菌吸附水体中重金属的研究，但是现有利用趋磁细菌修复重金属污染土壤的技术还不够成熟，修复工序繁杂，修复效果差，也不具备专门的修复设备，无法大批量投入修复使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种操作简单、修复效果好、不破坏土壤肥力、不存二次污染、适用性更强的用于重金属污染土壤的修复方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种用于重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
6.步骤一、活化并培养趋磁细菌：
7.先将冷冻的趋磁细菌放入活化培养装置中水浴加热至55-65℃，使趋磁细菌化冻为液态，随后在培养装置内加入ph为6.7-6.8的无菌液态活化培养基，加热至30～35℃培养3～5天，直至每毫升培养液中含有1.0
×
108～3.0
×
108个趋磁细菌，从而得到活化后的菌液；
8.步骤二、对重金属污染土壤块进行粉碎并除杂：
9.将重金属污染土壤块转移到粉碎筛分装置中，通过粉碎筛分装置将重金属污染土壤块烘干打碎成直径不大于1mm的颗粒，并筛掉重金属污染土壤颗粒中的石块和杂质，得到纯重金属污染土壤颗粒；
10.步骤三、趋磁细菌修复重金属污染土壤：
11.将步骤一中获得的菌液和步骤二中获得的纯重金属污染土壤颗粒分别放入修复装置中，通过修复装置将菌液和纯重金属污染土壤颗粒均匀混合成混合液，混合液中纯重金属污染土壤颗粒和菌液的混合比例为1：2～3，混合液混合均匀后静置，静置温度为20～30℃，趋磁细菌在地磁场的作用下均向下移动，充分吸附底层混合液中的重金属；
12.步骤四、分离土壤与趋磁细菌：
13.混合液静置10～15天后，混合液会分层，上层为静置液，下层为土壤，往静置液中放入电磁铁、并给电磁铁通电，使携带重金属离子的趋磁细菌被吸附到电磁铁的表面，再次静置5～10天之后，收集与电磁铁接触的上层的静置液，将下层的土壤回填原处；
14.步骤五、分离趋磁细菌与重金属溶液：
15.将电磁铁取出，用水淋洗电磁铁获得淋洗液，并将静置液和淋洗液均放入分离装置，静置3～5天，通过分离装置将重金属溶液和趋磁细菌分离。
16.进一步，所述步骤一中的活化培养装置包括活化罐、设于所述活化罐一侧的活化控制器和活化氩气罐，设于所述活化罐中的活化腔，用于连通所述活化氩气罐和活化腔所采用的活化进气管，可转动连接于所述活化腔内的活化搅拌轴，嵌设于所述活化腔内侧壁上的活化液位计、活化温度感应传感器、活化温敏开关和多根活化电加热管，设于所述活化腔底端的活化出料口，所述活化进气管上设置有活化进气泵，所述活化罐的顶部设置有活化搅拌电机、活化进水管、活化进料管和活化进液管，所述活化搅拌电机用于驱动所述活化搅拌轴旋转，所述活化进水管、活化进料管和活化进液管的底端均连通所述活化腔，所述活化搅拌轴上设置有活化搅拌叶片，所述活化出料口和活化进料管上均设置有活化开关控制阀，所述活化进水管和活化进液管上均设置有活化电磁流量阀，所述活化进气泵、活化液位计、活化温度感应传感器、活化电加热管、活化搅拌电机、活化开关控制阀和活化电磁流量阀均电性连接所述活化控制器。
17.进一步，所述步骤二中的粉碎筛分装置包括粉碎筛分罐，用于驱动所述粉碎筛分罐振动所采用的多个振动电机，以及用于安装所述振动电机所采用的筛分安装架，所述粉碎筛分罐的顶端设置有粉碎电机和粉碎进料口，所述粉碎筛分罐中水平设置有分隔闸板阀，所述分隔闸板阀将所述粉碎筛分罐内部由上而下依次划分为粉碎腔和筛分腔，所述粉碎腔中可转动连接有粉碎旋转轴，所述粉碎旋转轴上设置有多片粉碎旋叶，所述粉碎电机用于驱动所述粉碎旋转轴旋转，所述粉碎进料口的底端连通所述粉碎腔，所述粉碎腔的腔体内侧壁上嵌设有粉碎温敏开关和多根粉碎加热管，所述筛分腔中倾斜设置有过滤筛，所述筛分腔的一侧设置有排渣管，所述排渣管上设置有排渣阀，所述排渣管靠近所述滤筛的最低位设置，所述筛分腔的底端设置有漏斗形排粒口，所述漏斗形排粒口上设置有排粒阀。
18.进一步，所述修复搅拌轴的长度不大于静置后土壤的深度。
19.进一步，所述步骤五中的分离装置包括分离箱、分离氩气罐、收集箱、设于所述分离箱内的分离腔、用于连通所述分离腔和分离氩气罐所采用的分离进气管、以及用于连通所述分离腔和收集箱所采用的收集管，所述分离箱正面设置有分离控制器，所述分离箱的顶部设置有连通所述分离腔的分离第一进液管和分离第二进液管，所述分离第一进液管和分离第二进液管上分别设置有分离第一进液阀和分离第二进液阀，所述分离腔的腔顶设置有超声波液位计和气体浓度检测仪，所述分离腔的左右两侧分别设置有多个进风口和一个漏斗形收集口，所述分离腔中固定设置有多根z形导风管，所述z形导风管与所述进风口一一对应，所述有进风口中设置有吹风阀和吹风风机，漏斗形收集口中设置有抽风阀，所述z形导风管的一端连通所述进风口，所述z形导风管的另一端正对所述漏斗形收集口设置，所述漏斗形收集口的大口端朝向所述分离腔中部，所述漏斗形收集口的小口端连通所述收集管，所述分离进气管上设置有分离进气泵和分离进气阀，所述收集管上设置有收集阀，所述分离第一进液阀、分离第二进液阀、超声波液位计、气体浓度检测仪、吹风阀、吹风风机、抽风阀和分离进气泵均电性连接所述分离控制器。
20.本发明的有益效果是：
21.由上述技术方案可知，本发明的有益效果：步骤一、活化并培养趋磁细菌，获得活
化后的菌液；步骤二、对重金属污染土壤块进行粉碎并除杂，得到纯重金属污染土壤颗粒；步骤三、趋磁细菌修复重金属污染土壤，趋磁细菌在地磁场的作用下均向下移动，充分吸附底层混合液中的重金属；步骤四、分离土壤与趋磁细菌，收集与电磁铁接触的上层的静置液，将下层的土壤回填原处；步骤五、分离趋磁细菌与重金属溶液，通过分离装置将重金属溶液和趋磁细菌分离；本发明操作简单、修复效果好、不破坏土壤肥力、不存二次污染、适用性更强。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
23.图1为本发明的方法步骤图；
24.图2为本发明中活化培养装置的结构示意图；
25.图3为本发明中粉碎筛分装置的结构示意图；
26.图4为本发明中修复装置的结构示意图；
27.图5为本发明中分离装置的结构示意图；
28.附图标记：活化罐11；活化出料口1101；活化进水管1102；活化进料管1103；活化进液管1104；活化控制器12；活化氩气罐13；活化进气管131；活化搅拌轴14；活化液位计15；活化温度感应传感器16；活化温敏开关17；活化电加热管18；活化搅拌电机19；
29.粉碎筛分罐21；振动电机22；筛分安装架23；粉碎电机24；粉碎进料口25；分隔闸板阀26；粉碎旋转轴27；粉碎温敏开关28；粉碎加热管29；过滤筛210；排渣管211；排渣阀212；漏斗形排粒口213；
30.修复罐31；修复控制器32；静置液存放桶33；盖体34；电磁铁35；升降电动伸缩杆36；修复搅拌轴37；修复电机38；修复波纹管39；修复管310；修复吸液泵3101；修复吸液管311；修复连接座3111；修复电动伸缩杆312；透明玻璃窗313；
31.分离箱41；分离氩气罐42；收集箱43；分离进气管44；分离进气泵4401；分离进气阀4402；收集管45；第一进液管46；分离第二进液管47；超声波液位计48；气体浓度检测仪49；进风口410；吹风阀4101；吹风风机4102；漏斗形收集口411；抽风阀4111；z形导风管412。
具体实施方式
32.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例提供的是一种用于重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
33.步骤一、活化并培养趋磁细菌：
34.先将冷冻的趋磁细菌放入活化培养装置中水浴加热至55-65℃，使趋磁细菌化冻为液态，随后在培养装置内加入ph为6.7-6.8的无菌液态活化培养基，加热至30～35℃培养3～5天，直至每毫升培养液中含有1.0
×
108～3.0
×
108个趋磁细菌，从而得到活化后的菌液；
35.步骤二、对重金属污染土壤块进行粉碎并除杂：
36.将重金属污染土壤块转移到粉碎筛分装置中，通过粉碎筛分装置将重金属污染土
壤块烘干打碎成直径不大于1mm的颗粒，并筛掉重金属污染土壤颗粒中的石块和杂质，得到纯重金属污染土壤颗粒；
37.步骤三、趋磁细菌修复重金属污染土壤：
38.将步骤一中获得的菌液和步骤二中获得的纯重金属污染土壤颗粒分别放入修复装置中，通过修复装置将菌液和纯重金属污染土壤颗粒均匀混合成混合液，混合液中纯重金属污染土壤颗粒和菌液的混合比例为1：2～3，混合液混合均匀后静置，静置温度为20～30℃，趋磁细菌在地磁场的作用下均向下移动，充分吸附底层混合液中的重金属；
39.步骤四、分离土壤与趋磁细菌：
40.混合液静置10～15天后，混合液会分层，上层为静置液，下层为土壤，往静置液中放入电磁铁35、并给电磁铁35通电，使携带重金属离子的趋磁细菌被吸附到电磁铁35的表面，再次静置5～10天之后，收集与电磁铁35接触的上层的静置液，将下层的土壤回填原处；
41.步骤五、分离趋磁细菌与重金属溶液：
42.将电磁铁35取出，用水淋洗电磁铁35获得淋洗液，并将静置液和淋洗液均放入分离装置，静置3～5天，通过分离装置将重金属溶液和趋磁细菌分离。
43.其中，无菌液态活化培养基按每1l计包括以下组分：胰蛋白胨4.5g、3g硫酸铁、0.8g硫酸铜、1.2g硫酸镁、0.1g硫酸亚铁、0.1mg盐酸吡哆辛、1.5g氨三乙酸、0.01g硼酸、0.01g核黄素、1mg生物素、0.03mg柠檬酸、0.02mg叶酸、0.05mg泛酸钙、5g矿物质素混合液，并使用蒸馏水补足至1l，所述发酵培养基包括以下组分：200ml活化培养基、15g乳酸钠、0.2g硫酸铁、0.1g氯化钠、0.05g氯化钙，并使用蒸馏水补足至0.6-1l，与常规的配比方法不同的是，使用胰蛋白胨代替传统的营养琼脂，使培养基表面或内部保持在一个适合趋磁细菌amb-1生长及保持产磁能力的环境中，使用乳酸钠代替传统的酵母粉，能够有效抑制致病细菌的生长。
44.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，所述步骤一中的活化培养装置包括活化罐11、设于所述活化罐11一侧的活化控制器12和活化氩气罐13，设于所述活化罐11中的活化腔，用于连通所述活化氩气罐13和活化腔所采用的活化进气管131，可转动连接于所述活化腔内的活化搅拌轴14，嵌设于所述活化腔内侧壁上的活化液位计15、活化温度感应传感器16、活化温敏开关17和多根活化电加热管18，设于所述活化腔底端的活化出料口1101，所述活化进气管131上设置有活化进气泵，所述活化罐11的顶部设置有活化搅拌电机19、活化进水管1102、活化进料管1103和活化进液管1104，所述活化搅拌电机19用于驱动所述活化搅拌轴14旋转，所述活化进水管1102、活化进料管1103和活化进液管1104的底端均连通所述活化腔，所述活化搅拌轴14上设置有活化搅拌叶片，所述活化出料口1101和活化进料管1103上均设置有活化开关控制阀，所述活化进水管1102和活化进液管1104上均设置有活化电磁流量阀，所述活化进气泵、活化液位计15、活化温度感应传感器16、活化电加热管18、活化搅拌电机19、活化开关控制阀和活化电磁流量阀均电性连接所述活化控制器12；本实施例中，使用时，通过活化进水管1102往活化腔内注入无菌水，活化控制器12通过控制多根活化电加热管18将无菌水加热至55-65℃，通过活化进料管1103往活化腔内注入趋磁细菌，使趋磁细菌在活化腔内化冻为液态，随后通过活化进液管1104往活化腔内注入ph为6.7-6.8的无菌液态活化培养基，通过多根活化电加热管18和活化温度感应传感器16使活化腔内的温度始终恒定为30～35℃，通过活化搅拌电机19驱动活化搅拌轴14带动活化搅拌叶片旋转，将
液态趋磁细菌与无菌液态活化培养基混合均匀，通过活化氩气罐13、活化进气管131和活化进气泵使活化腔内的氧浓度降低，有利于趋磁细菌的活化培养。
45.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，所述步骤二中的粉碎筛分装置包括粉碎筛分罐21，用于驱动所述粉碎筛分罐21振动所采用的多个振动电机22，以及用于安装所述振动电机22所采用的筛分安装架23，所述粉碎筛分罐21的顶端设置有粉碎电机24和粉碎进料口25，所述粉碎筛分罐21中水平设置有分隔闸板阀26，所述分隔闸板阀26将所述粉碎筛分罐21内部由上而下依次划分为粉碎腔和筛分腔，所述粉碎腔中可转动连接有粉碎旋转轴27，所述粉碎旋转轴27上设置有多片粉碎旋叶，所述粉碎电机24用于驱动所述粉碎旋转轴27旋转，所述粉碎进料口25的底端连通所述粉碎腔，所述粉碎腔的腔体内侧壁上嵌设有粉碎温敏开关28和多根粉碎加热管29，所述筛分腔中倾斜设置有过滤筛210，所述筛分腔的一侧设置有排渣管211，所述排渣管211上设置有排渣阀212，所述排渣管211靠近所述滤筛的最低位设置，所述筛分腔的底端设置有漏斗形排粒口213，所述漏斗形排粒口213上设置有排粒阀；本实施例中，使用时，通过粉碎进料口25往粉碎腔内放入重金属污染土壤块，通过多根粉碎加热管29给重金属污染土壤块加热烘干，通过粉碎电机24驱动粉碎旋转轴27带动粉碎旋叶旋转将重金属污染土壤块打碎成直径不大于1mm的颗粒，再将分隔闸板阀26打开，振动电机22驱动粉碎筛分罐21振动，通过滤筛210对重金属污染土壤颗粒进行过滤，使重金属污染土壤颗粒穿过滤网落入漏斗形排粒口213，得到纯重金属污染土壤颗粒，而石块和杂质则沿滤筛从排渣管211排出。
46.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，所述步骤三中的修复装置包括开口向上的修复罐31，设于设于所述修复罐31一侧的修复控制器32和静置液存放桶33，盖设于所述修复罐31上的盖体34，设于所述修复罐31中的修复腔，所述盖体34内侧水平设置有电磁铁35，所述盖体34中设置有用于驱动所述电磁铁35上升或下降所采用的多根升降电动伸缩杆36，所述修复腔中可转动连接有修复搅拌轴37，所述修复搅拌轴37上设置有多片修复叶片，所述修复搅拌轴37的底端穿出所述修复腔后连接有修复电机38，所述修复腔的腔体内竖直设置有修复波纹管39，所述修复波纹管39的顶端通过修复管310与静置液存放桶33连通，所述修复管310上设置有修复吸液泵3101，所述修复波纹管39的底端设置有修复吸液管311，所述修复吸液管311上固定套设有修复连接座3111，所述修复腔的腔体内侧壁上固定有修复座，所述修复座上竖直设置有修复电动伸缩杆312，所述修复电动伸缩杆312的活塞杆杆头竖直向下伸出驱动连接所述修复连接座3111，所述修复罐31的一侧为透明玻璃窗313，所述透明玻璃窗313靠近所述修复吸液管311设置；本实施例中，使用时，打开盖体34，将纯重金属污染土壤颗粒和菌液按1：2～3的比例放入修复腔，关闭盖体34，修复电机38驱动修复搅拌轴37带动修复叶片旋转，将修复腔内的纯重金属污染土壤颗粒和菌液搅拌均匀，同时，通过修复温敏开关和多根修复加热管使修复腔内的温度恒定为20～30℃，搅拌完成后将混合液静置10～15天，混合液会分为上层静置液和下层土壤，通过多根升降电动伸缩杆36驱动电磁铁35下降，使电磁铁35伸入上层静置液中，并给电磁铁35通电，再次静置5～10天之后，通过透明玻璃窗313查看静置液的高度，通过多根升降电动伸缩杆36驱动电磁铁35缩回，修复电动伸缩杆312驱动修复连接座3111带动修复吸液管311的进液端下移，同时修复波纹管39被拉伸，使修复吸液管311的进液端插入静置液中，通过修复吸液管311、修复波纹管39、修复水泵和修复管310将静置液抽到静置液存放桶33中，得到静置液；通过打开盖体34，可将修复
腔中的土壤取出回填原处。
47.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，所述修复搅拌轴37的长度不大于静置后土壤的深度；本实施例中，当修复搅拌轴37的长度不大于静置后土壤的深度时，插入静置液中的电磁铁35才不会打到修复搅拌轴37的顶端。
48.参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，所述步骤五中的分离装置包括分离箱41、分离氩气罐42、收集箱43、设于所述分离箱41内的分离腔、用于连通所述分离腔和分离氩气罐42所采用的分离进气管44、以及用于连通所述分离腔和收集箱43所采用的收集管45，所述分离箱41正面设置有分离控制器，所述分离箱41的顶部设置有连通所述分离腔的分离第一进液管46和分离第二进液管47，所述分离第一进液管46和分离第二进液管47上分别设置有分离第一进液阀和分离第二进液阀，所述分离腔的腔顶设置有超声波液位计48和气体浓度检测仪49，所述分离腔的左右两侧分别设置有多个进风口410和一个漏斗形收集口411，所述分离腔中固定设置有多根z形导风管412，所述z形导风管412与所述进风口410一一对应，所述有进风口410中设置有吹风阀4101和吹风风机4102，漏斗形收集口411中设置有抽风阀4111，所述z形导风管412的一端连通所述进风口410，所述z形导风管412的另一端正对所述漏斗形收集口411设置，所述漏斗形收集口411的大口端朝向所述分离腔中部，所述漏斗形收集口411的小口端连通所述收集管45，所述分离进气管44上设置有分离进气泵4401和分离进气阀4402，所述收集管45上设置有收集阀，所述分离第一进液阀、分离第二进液阀、超声波液位计48、气体浓度检测仪49、吹风阀4101、吹风风机4102、抽风阀4111和分离进气泵4401均电性连接所述分离控制器；本实施例中，使用时，通过分离第一进液管46进静置液，分离第二进液管47进淋洗液，通过液位计时时监测分离腔内的液位高度，当液位高度满足分离需求时，分离控制器通过控制分离进气泵4401、分离氩气罐42和分离进气管44使活化腔内的氧浓度降低，通过气体浓度检测仪49时时监测分离腔内的氧气浓度，当分离腔内的氧气浓度降低后，分离第一进液阀和分离第二进液阀关闭，由于趋磁细菌具有厌氧性，因此趋磁细菌会聚集在液体表面；静置1～3天后，分离控制器控制吹风阀4101和抽风阀4111打开，通过多个进风口410的进风风机和z形导风管412将液体表面的趋磁细菌吹向漏斗形收集口411，并通过收集管45和收集箱43存储，从而实现重金属溶液和趋磁细菌的分离。
49.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。