[发明专利]一种基于微生物催化合成的砷污染土壤修复固定剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及砷污染的土壤修复技术领域，具体涉及一种适用于砷污染土壤修复的固定剂产品，制备方法及其在砷污染土壤修复中的应用。

背景技术

砷化物的开采和冶炼，特别是过去在我国流传广泛的土法炼砷，造成了砷对环境的持续污染；在某些有色金属的开发和冶炼中，伴随着砷化物排出，污染周围的环境；砷化物的广泛利用，如含砷农药的生产和使用，都会导致不同程度的砷污染。土壤砷污染会直接导致生物产品品质下降，许多地方的粮食，蔬菜，水果等食物中的砷含量超标，通过食物链富集到人体和动物体内，危害人体健康，引发癌症和其他疾病。

近年来，我国砷污染土壤的修复逐渐受到重视。砷污染土壤修复主要有物理、化学、生物等几大类方法，如土壤固定改良法、溶土法、化学淋洗法、生物修复技术等。淋洗法成本较大、易造成二次污染、易破坏土壤结构；生物修复法具有处理费用低，但所需修复周期较长，受污染类型限制较大。固定法可降低砷的迁移性和生物有效性，但是有些固定剂本身存在二次污染，而且现有的很多固定剂对砷污染土壤的治理效果不明显。

目前,有关土壤中砷固定剂的研究主要涉及铁、铝和锰的氧化物。铁盐常被用于砷污染土壤的治理,大量的研究表明,铁盐可有效地降低砷的移动性和生物有效性，但由于施用铁盐后,可产生铁的氧化物或者氢氧化物沉淀,释放硫酸,因此利用铁盐治理砷污染土壤时,常需要后续施用大量石灰,以防土壤酸化。而且施用石灰等碱性物质不利于砷污染土壤中砷的稳定化，因为碱性会增加砷的移动性。因此，我们迫切需要寻找一种适用于砷污染土壤修复的固定剂，既能有效降低砷的移动性和生物有效性，又不会导致土壤酸化问题。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种基于微生物催化合成的砷污染土壤修复固定剂及其制备和应用方法，该固定剂成本较低，固定修复效率高，制备和应用方法简单，一步到位，无需后续处理，修复后的土壤可直接用于种植。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于微生物催化合成的砷污染土壤修复固定剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制20～30g/L的硫酸亚铁溶液，pH为3.5～4.0，滤膜过滤除菌；（孔径为0.22微米的滤膜过滤）

(2)接种蒸馏水悬浮的氧化亚铁硫杆菌悬浮液到步骤（1）所述的溶液中，得到混合液，混合液体系中氧化亚铁硫杆菌数量达到5×10⁶～5×10⁸个/ml；

(3)将步骤（2）中的混合液振荡培养3～4天，过滤，收集沉淀物；

(4)对步骤（3）中收集的沉淀物，用去离子水冲洗，在硫酸酸化的pH为3～5的去离子水中振摇熟化12～24h，过滤，收集沉淀物；

(5)对步骤（4）中收集的沉淀物，用去离子水冲洗，然后在稀碱溶液中振摇熟化24～48h，过滤，收集沉淀产物，洗涤，烘干，获得固定剂。

对步骤（3）过滤后得到的滤液加入9K培养基，调节pH为2.0～2.5，振荡培养5～7天，收集菌体，用蒸馏水制得氧化亚铁硫杆菌悬浮液，反复循环利用。

步骤（5）所述的稀碱溶液是pH为7.1～8.5的NaOH溶液。

步骤（5）所述的烘干温度为50～60℃。

一种基于微生物催化合成的砷污染土壤修复固定剂，是由所述的方法制备而成的。

所述的基于微生物催化合成的砷污染土壤修复固定剂的应用方法：将砷污染土壤破碎研磨过筛，加入所述的固定剂和水，混合均匀，处理至少一周。

砷污染土壤破碎研磨过筛，筛孔孔径为1mm。

土壤：固定剂：水的质量比为100：（0.5-5.5）：（30-50）。

本发明具有如下优势：

1.本发明的原料为硫酸亚铁，成本较低。利用微生物催化合成固定剂，无需添加化学催化剂，且微生物易于繁殖再生，可以反复循环利用，节约大量成本。

2.本发明所合成的固定剂经过了熟化改性的步骤，化学稳定性强，比表面积大，富含大量羟基基团和硫酸根，沉淀性能好。固定剂上大量羟基基团通过表面吸附与配合作用与土壤中的砷酸根离子和亚砷酸根离子结合，并可能进一步与硫酸根发生深层次的交换吸附，形成稳定的络合物或沉淀物，所以能大幅度降低土壤中砷的移动性和生物有效性，污染土壤中水溶态砷降低了99.8%，有效态砷降低了75.4%。