[發明專利]一種基于微生物催化合成的砷污染土壤修復固定劑及其制備和應用

在審

• 申請號: 201410005600.7
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103773375A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 楊志輝;柴立元;廖映平;閔小波;劉琳
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C09K17/00
• 分類號: C09K17/00;B09C1/10;C09K101/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明涉及砷污染的土壤修復技術領域，具體涉及一種適用于砷污染土壤修復的固定劑產品，制備方法及其在砷污染土壤修復中的應用。

背景技術

砷化物的開采和冶煉，特別是過去在我國流傳廣泛的土法煉砷，造成了砷對環境的持續污染；在某些有色金屬的開發和冶煉中，伴隨著砷化物排出，污染周圍的環境；砷化物的廣泛利用，如含砷農藥的生產和使用，都會導致不同程度的砷污染。土壤砷污染會直接導致生物產品品質下降，許多地方的糧食，蔬菜，水果等食物中的砷含量超標，通過食物鏈富集到人體和動物體內，危害人體健康，引發癌癥和其他疾病。

近年來，我國砷污染土壤的修復逐漸受到重視。砷污染土壤修復主要有物理、化學、生物等幾大類方法，如土壤固定改良法、溶土法、化學淋洗法、生物修復技術等。淋洗法成本較大、易造成二次污染、易破壞土壤結構；生物修復法具有處理費用低，但所需修復周期較長，受污染類型限制較大。固定法可降低砷的遷移性和生物有效性，但是有些固定劑本身存在二次污染，而且現有的很多固定劑對砷污染土壤的治理效果不明顯。

目前,有關土壤中砷固定劑的研究主要涉及鐵、鋁和錳的氧化物。鐵鹽常被用于砷污染土壤的治理,大量的研究表明,鐵鹽可有效地降低砷的移動性和生物有效性，但由于施用鐵鹽后,可產生鐵的氧化物或者氫氧化物沉淀,釋放硫酸,因此利用鐵鹽治理砷污染土壤時,常需要后續施用大量石灰,以防土壤酸化。而且施用石灰等堿性物質不利于砷污染土壤中砷的穩定化，因為堿性會增加砷的移動性。因此，我們迫切需要尋找一種適用于砷污染土壤修復的固定劑，既能有效降低砷的移動性和生物有效性，又不會導致土壤酸化問題。

發明內容

本發明的目的在于根據現有技術的不足，提供一種基于微生物催化合成的砷污染土壤修復固定劑及其制備和應用方法，該固定劑成本較低，固定修復效率高，制備和應用方法簡單，一步到位，無需后續處理，修復后的土壤可直接用于種植。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于微生物催化合成的砷污染土壤修復固定劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制20～30g/L的硫酸亞鐵溶液，pH為3.5～4.0，濾膜過濾除菌；（孔徑為0.22微米的濾膜過濾）

(2)接種蒸餾水懸浮的氧化亞鐵硫桿菌懸浮液到步驟（1）所述的溶液中，得到混合液，混合液體系中氧化亞鐵硫桿菌數量達到5×10⁶～5×10⁸個/ml；

(3)將步驟（2）中的混合液振蕩培養3～4天，過濾，收集沉淀物；

(4)對步驟（3）中收集的沉淀物，用去離子水沖洗，在硫酸酸化的pH為3～5的去離子水中振搖熟化12～24h，過濾，收集沉淀物；

(5)對步驟（4）中收集的沉淀物，用去離子水沖洗，然后在稀堿溶液中振搖熟化24～48h，過濾，收集沉淀產物，洗滌，烘干，獲得固定劑。

對步驟（3）過濾后得到的濾液加入9K培養基，調節pH為2.0～2.5，振蕩培養5～7天，收集菌體，用蒸餾水制得氧化亞鐵硫桿菌懸浮液，反復循環利用。

步驟（5）所述的稀堿溶液是pH為7.1～8.5的NaOH溶液。

步驟（5）所述的烘干溫度為50～60℃。

一種基于微生物催化合成的砷污染土壤修復固定劑，是由所述的方法制備而成的。

所述的基于微生物催化合成的砷污染土壤修復固定劑的應用方法：將砷污染土壤破碎研磨過篩，加入所述的固定劑和水，混合均勻，處理至少一周。

砷污染土壤破碎研磨過篩，篩孔孔徑為1mm。

土壤：固定劑：水的質量比為100：（0.5-5.5）：（30-50）。

本發明具有如下優勢：

1.本發明的原料為硫酸亞鐵，成本較低。利用微生物催化合成固定劑，無需添加化學催化劑，且微生物易于繁殖再生，可以反復循環利用，節約大量成本。

2.本發明所合成的固定劑經過了熟化改性的步驟，化學穩定性強，比表面積大，富含大量羥基基團和硫酸根，沉淀性能好。固定劑上大量羥基基團通過表面吸附與配合作用與土壤中的砷酸根離子和亞砷酸根離子結合，并可能進一步與硫酸根發生深層次的交換吸附，形成穩定的絡合物或沉淀物，所以能大幅度降低土壤中砷的移動性和生物有效性，污染土壤中水溶態砷降低了99.8%，有效態砷降低了75.4%。