[发明专利]一种抗Cr(Ⅵ)胁迫的石油类污染土壤固定化生物修复方法

说明书

本发明公开了一种抗Cr(Ⅵ)胁迫的石油类污染土壤固定化生物修复方法。利用苦荞壳为原料，通过在乙二胺水溶液以及坏血酸溶液中水热碳化、在甲酸中旋转加热以及负载纳米零价铝逐步提高生物炭的还原性，以期实现Cr(Ⅵ)的还原；通过负载谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷胱甘肽合成酶增强微生物的解毒能力；该方法对于重金属Cr(Ⅵ)胁迫的石油类污染土壤的生物修复十分有效，在去除石油类的同时也部分去除了土壤中的重金属Cr(Ⅵ)。

技术领域

本发明属于环境修复技术领域和微生物固定领域，具体涉及一种抗Cr(Ⅵ)胁迫的石油类污染土壤固定化生物修复方法。

背景技术

随着国家油气能源开发规模的扩大，在油气能源的开采、加工、运输以及贮存等过程中，给土壤环境造成了极大的污染，污染物破环土壤微生物和植物的细胞膜，抑制土壤酶活，甚至进入食物链富集到人体类，对人体健康造成极其严重的危害。生物修复因其简单方便、成本低廉、无二次污染的特点，而在石油类污染土壤修复中被广泛使用。CN110003913A将氧化镁负载在蒙脱石的表面和层间，与生物炭混合，能够对大部分重金属均有良好的修复效果，并且具备经济成本低廉，环境友好等特点。CN109603747A将椰壳生物炭置于质量浓度为3～7％的卤化物溶液中，浸泡改性后过120～200目筛，与重金属按重量比大于20:3、30～100℃条件下置于含有重金属的混合物中，能够实现对重金属的强烈吸附。CN111530421A利用高锰酸钾和硫酸亚铁改性剂对玉米秸秆生物碳进行改性，并通过二次正交通用旋转设计，对对生物炭改性处理，拟增加生物炭对重金属吸附固定能力。CN110238190A同时采用微生物去除、重金属去除装置、蚯蚓富集和蛆虫富集，经济合理可有效减少土壤中重金属总量。CN110106162A将载体制备成微球状，内部有孔隙，弱碱性，该微球不但能发挥载体对镉的化学吸附作用，还能改善活性微生物的生长繁殖环境，从而提高活性细菌对镉的胞外吸附和胞内积累作用。CN105695445A采用海藻酸钠、CaCl₂、纳米二氧化硅以及低聚木糖制备固定化载体，该固定化能使微生物的生境条件由单纯好氧转变成好氧、缺氧、厌氧并存，丰富了其生物化学反应的途径，从而提升其对复杂有机污染物的降解能力。

目前，生物修复技术往往针对单一的重金属或石油类的土壤修复，而对于同时受到重金属、石油污染土壤修复的技术较少。然而污染土壤中除了严重的石油类污染物质外，往往也会有以重金属为主的无机污染，导致在在石油类污染土壤的生物修复中，石油类降解菌受到重金属的抑制，生物修复效率显著降低。本研究针对重金属Cr(Ⅵ)胁迫条件下，研发了石油类污染土壤的高效修复技术，在实施过程中，以苦荞壳为原材料，制备生物炭，通过在生物炭表面引入含N基团、通过抗坏血酸和甲酸增强生物炭的C＝O、以及通过在生物炭的内部微孔中填充还原性纳米材料来提高生物炭的还原性，实现高价、高溶解性重金属污染物Cr(Ⅵ)的还原，降低毒性作用；同时通过在固定化载体的大孔以及固定化微生物的表面负载生物表面活性剂和金属硫蛋白对重金属Cr(Ⅵ)的络和，并且将谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷胱甘肽合成酶通过分散在表面活性剂中的方式固定在微生物附近，以期提高微生物的谷胱甘肽的合成速率，增强微生物的解毒能力。从还原重金属Cr(Ⅵ)和提高微生物的解毒能力共同减弱重金属对于固定化微生物的胁迫作用，提升石油污染土壤的生物修复工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在重金属Cr(Ⅵ)胁迫作用下强化石油类污染的土壤的生物修复的，通过引入-NH₂和C＝O基团、内部微孔填充铝基纳米材料增强生物炭载体的还原性，并通过负载酶系提升微生物解毒能力的固定化微生物菌剂的制备方法，拟解决目前修复过程中重金属常被吸附在生物炭载体上从而不断加深对微生物毒害作用的技术难题，且以苦荞壳为原料，为农业废弃物资源化利用提供一条有效途径。本发明具体按以下步骤进行：

1、将生物质原料，进一步优化为苦荞壳，在280～300℃、5～7MPa条件下，在20～30％的乙二胺水溶液中水热碳化8～12h，而后通过10～12％的盐酸进行清洗孔道去除孔道内的堵塞物质。