[发明专利]一种生物炭基零价铁与微生物协同修复铬污染土壤的方法

说明书

本发明公开了一种生物炭基零价铁与微生物协同修复铬污染土壤的方法，涉及土壤环境的修复方法，旨在解决修复铬污染土壤时容易团聚和被氧化的问题。所述修复铬污染土壤的方法包括生物炭基零价铁制备:将生物质加至可溶性铁盐溶液进行改性，过滤，焙烧改性的生物质，得生物炭基零价铁修复材料；菌种驯化:从铬污染土壤中筛选出以有机质和氢气作为电子供体，六价铬、三价铁、硫酸盐、硝酸盐和氧气作为电子受体进行代谢活动的优势菌种并进行驯化和扩培；修复:将生物炭基零价铁、优势菌种与待修复铬污染土壤混合在常温下进行修复。该方法不仅能大幅度提高六价铬的还原速率，降低铬的迁移能力和生物有效性，还可以改良土壤并增加土壤微生物多样性。

技术领域

本发明涉及土壤环境的修复方法，具体涉及了一种生物炭基零价铁与微生物协同修复铬污染土壤的方法。

背景技术

铬作为重要的化工原料之一被广泛应用于冶金、电镀、制革、印染等行业中。由于生产过程的渗漏、废水的不达标排放以及含铬废渣的渗滤等，导致大量铬进入场地周边土壤和地下水。在土壤环境中，铬的主要存在形态为三价铬(Cr(III))和六价铬(Cr(VI))。三价铬易被土壤胶体和矿物质通过吸附、配位、络合、沉淀等作用固定于土壤中，其迁移性和生物有效性较低。六价铬由于带负电，不易被土壤矿物和胶体所吸附而游离在土壤间隙中，具有较高的水溶性、迁移性和生物可利用性；其对人体有致癌作用，毒性是Cr(III)的100倍以上。同时，铬在土壤中的存在形态也对其毒性有很大影响，根据五步连续提取法可将土壤中铬的赋存形态分为水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态六种形态。由于后三种形态的铬基本上被固定在土壤颗粒或矿物中，具有较高稳定性，主要是前三种形态的铬起毒性作用。

目前，铬污染土壤的修复主要依照以下两种途径。一种是将铬从土壤中去除，或者降低其浓度至土壤背景值以下，如客土法、植物修复法等。另一种是改变铬在土壤中的存在价态以及形态，如化学还原法、生物还原法等，以降低其在土壤-植物以及土壤-地下水中的迁移性、生物毒性及生物有效性。此途径因不破坏土壤结构、成本低且操作简便，适用于较大重金属污染面积土壤的修复而受到重视并逐渐在行业内得到应用。

使用纳米铁或零价铁对铬污染土壤进行原位修复是近年来发展起来的一个新技术。具有大比表面积、强吸附能力和高还原性的Fe⁰可通过吸附、还原和沉淀作用将CrO₄^2-还原为低毒性、难溶的形态固定在土壤中，反应式如下：

CrO₄^2-+Fe⁰+4H₂O→Cr³⁺+Fe³⁺+8OH^-

(1-x)Fe³⁺+(x)Cr³⁺+2H₂O→Fe_(1-x)Cr_(x)OOH(s)+3H⁺

Fe⁰可直接将电子传递给Cr(VI)使其还原成Cr(III)，也可利用Fe⁰腐蚀过程中产生的Fe²⁺或H₂将Cr(VI)还原。随后生成氢氧化物沉淀和铬铁沉淀物覆盖在Fe⁰表面或包覆于生成的含铁活性矿物中，进一步降低铬的可提取性和生物有效性。但相关研究表明，铬铁沉淀物作为一种难溶的惰性矿物沉积在Fe⁰表面，会阻隔Fe⁰与Cr(VI)之间的电子传递，阻碍六价铬的还原反应直至反应终止，最终导致吸附在Fe⁰表面的Cr(VI)重新释放到土壤环境中，使污染修复效果大打折扣。此外，零价铁比表面积大、反应活性高且具有磁性的性质，使其极易凝聚成团，而且其被氧化倾向性很强，在保存、运输和反应过程中易被周围环境介质(如H₂O和O₂)氧化，使其还未与Cr(VI)接触就失活。

发明内容