一种土壤重金属六价铬生物降解剂及其制造方法

摘要

本发明公开了一种土壤重金属六价铬生物降解剂及其制造方法，该土壤重金属六价铬生物降解剂主要成份为WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种以及麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料。该土壤重金属六价铬生物降解剂制造工艺步骤为：将WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种按配比混合成WH菌群，通过WH菌群二级培养基对WH菌群进行二级菌种培养，最后将麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌按配方混合，常温下发酵12天以上、粉碎、包装制成土壤重金属六价铬生物降解剂。利用该生物降解剂来降解土壤中的重金属六价铬，其效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及土壤重金属六价铬生物降解技术领域，特别是一种土壤重金属六价铬生物降解剂及其制造方法。 

背景技术

随着我国城市化的推进，化工污染成为重大污染源。苯、酚、磷类有机污染及镉、砷、铅、铬、汞等重金属污染严重，在对空气、水体造成污染的同时，也成为土壤中长期存在的“毒瘤”。业内人士指出，重金属无论是污染水体，还是污染大气，最终都会回归土壤，造成土壤污染。据国土资源部消息（2011年4月1日南方日报报道），目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染，约1.5亿亩。 

中国先后有70余家铬盐生产企业，其中有钙焙烧是主流铬盐生产工艺。有钙焙烧工艺的缺点是产渣量大，铬渣中六价铬含量约1%，六价铬以铬酸钠形态存在，易溶于水。铬渣简易堆放极易造成周边土壤、地下水和地表水的污染，铬盐厂关停后遗留厂址和铬渣堆存场地是我国最主要的铬污染场地，范围包括被污染的建筑物、土壤和沉积物、植物和受污染的地下水。目前我国还没有颁布工业污染场地治理国家标准，污染场地的危害主要体现在潜在风险，需与具体场地风险评估结合。 

我国铬污染场地的特点：土壤污染严重，土壤中六价铬含量达到10000mg/kg，土壤污染扩散深度达到15米以上；地下水污染严重，地下水六价铬浓度最高达到1417mg/L。 

国内外铬污染场地常用治理技术，包括固化/稳定化技术、异位洗涤技术、原位淋洗技术、热处理（包括热脱附、高温烧结、高温玻璃化等）技术、植物修复技术、电动修复技术、土壤气提技术等。其中，固化/稳定化技术（占18%）、热处理技术（占17%）和洗涤技术（占11%）应用最广。这些治理技术由于实施复杂、费用高、易降低土壤肥力、容易再度活化、周期长及效果不显著等因素，而不被广泛采用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤重金属六价铬生物降解剂及其制造方法，利用该生物降解剂来降解土壤中有毒重金属六价铬的含量。该生物降解剂所含的WH菌群是降解重金属六价铬的微生物，它以麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料为微生物WH菌群的生命载体，该微生物的代谢活性可以导致溶解作用、沉降作用、螯合作用、生物性甲基化作用、细胞内累积或挥发作用，从而将土壤中重金属六价铬降解。 

本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种制造土壤重金属六价铬生物降解剂的微生物，所述的微生物包含有枯草芽孢杆菌、Bacillus subtilis、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏日期为1999年4月23日、保藏编号为CGMCC NO.0395.2、名为WH2菌种；硫色短杆菌、Brevibacterium sulfureum、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏日期为1999年4月23日、保藏编号为CGMCC NO.0395.5、名为WH5；弗氏链霉菌、Streptomyces fradiae、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏日期为2007年9月13日、保藏编号为CGMCC NO.2166、名为WH8菌种；铜绿假单胞菌、Pseudomonas aeruginosa、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏日期为2013年1月8日、保藏编号为CGMCC NO.7111、名为WH20菌种。 

采用上述微生物的土壤重金属六价铬生物降解剂的主要成份为WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种以及麦钣石、牡蛎壳、活性有机物料。 

该土壤重金属六价铬生物降解剂内含菌种配比以重量百分比计为： 

（1）WH2 菌种：10-45%；     （2）WH5 菌种：13-50%；

（3）WH8 菌种：8-40%；     （4）WH20 菌种：8-37%。

本发明的土壤重金属六价铬生物降解剂的制造方法，包括菌种培养和配制，其工艺步骤为： 

（1）将WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种按上述重量百分比配比混合均匀组成为WH菌群；

（2）所述WH菌群二级培养基按重量百分比配方：

活性有机物料  35—45%；米糠  35—45%；大豆粉 15—17%；奶粉   1.5—2.5%；糖 0.5—1.5%；其余水；

（3）二级菌种培养：先将WH菌群二级培养基按所述配方混合拌匀，常温下接种WH菌群，二级培养基温度范围30℃—60℃，PH值6.5—7.5，培养时间7-15天，培养成熟后获得WH菌群的活性糠菌，其含活菌数5亿—30亿个/克；

（4）将麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵12天以上、粉碎、包装制成土壤重金属六价铬生物降解剂：

麦饭石             10-70%；

牡蛎壳             5-10%；

活性有机物料       15-40%；

WH菌群活性糠菌     10-40%。

本发明是利用生物工程技术研制成的一种土壤重金属六价铬生物降解剂，它利用了WH菌群对重金属六价铬的强烈吸收效力而实现降解的。本微生物降解剂是由经过严格筛选的多种有益微生物经纯培养后复合而成，施入土壤后可以降低土壤中重金属六价铬的毒性；可以明显改善土壤养分供应状况，主要通过WH菌群的各种菌剂促进土壤中重金属六价铬的溶解和释放。菌剂在代谢过程中同时释放出大量的无机有机酸性物质，促进土壤中微量元素硅、铝、铁、镁、钼等的释放及螯合，改善土壤养分的供应情况。 

本发明所提供的土壤重金属六价铬生物降解剂是一种经过多年的探索与研究，从自然界分离、诱变、筛选驯化出性能显著的微生物，运用先进技术生产应用于治理重金属六价铬污染的生物制剂，可降低土壤中重金属六价铬的毒性，能显著降低植物对重金属六价铬的摄取量。同比于化学法降解重金属六价铬污染，本生物制剂更加有效、更安全、更经济、更实用，而且在降解重金属六价铬同时还能有效改善土壤的物理、化学与生物特性，有利于作物生长与农业生产。 

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果： 

（1）本土壤重金属六价铬生物降解剂，在WH菌群作用下，有效降低了污泥、土壤中重金属六价铬的毒性，显著降低植物对重金属六价铬的摄取量，修复、改良被重金属六价铬污染的土壤，保护了环境。

（2）使用本土壤重金属六价铬生物降解剂能持续地改良土壤，增加土壤有机质，提高土壤保水保肥和透气能力，促进作物生长。 

（3）施用本土壤重金属六价铬生物降解剂对降低农产品的重金属六价铬含量效果明显，能降低到对人体健康无害的水平，有益于人体健康。 

本发明涉及的生物材料样品保藏单位名称、地址、保藏日期和编号，以及该生物材料的分类命名如下表：                                                   

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。 

  

实施例1

一种土壤重金属六价铬生物降解剂的主要成份为WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种以及麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料。

上述微生物中， WH2菌种为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）；WH5菌种为硫色短杆菌（Brevibacterium sulfureum）；WH8菌种为弗氏链霉菌（Streptomyces fradiae）；WH20菌种为铜绿假单胞菌（Pseudomonas Aeruginosa）。 

本土壤重金属六价铬生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）： 

（1）WH2菌种：10%；       （2）WH5菌种：13%；

（3）WH8菌种：40%；       （4）WH20菌种：37%。

本土壤重金属六价铬生物降解剂的制造方法包括菌种培养和配制，其工艺步骤为： 

（1）将上述WH2菌种、WH5菌种、WH8菌种、WH20菌种按上述重量百分比的配比混合均匀组成为WH菌群；

（2）WH菌群二级培养基配方（重量百分比）为：

活性有机物料40%、米糠40%、大豆粉16%、奶粉2%、糖1%、其余水；

（3）二级菌种培养，先将WH菌群二级培养基按上述配方混合拌匀，常温下接种WH菌群，培养基温度60℃，PH值7.0，培养时间7天，培养成熟后获得WH菌群的活性糠菌，含活菌可达30亿个/克以上；

（4）将麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料、WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵12天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属六价铬生物降解剂：

麦饭石                  10%；

牡蛎壳                  10%；

活性有机物料            40%；

WH菌群的活性糠菌       40% 。

  

实施例2

本实施例的土壤重金属六价铬生物降解剂各成份的配比及参数与例1不同之处为：

1、本土壤重金属六价铬生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）：

（1）WH2菌种：26%；       （2）WH5菌种：50%；

（3）WH8菌种：8%；        （4）WH20菌种：16%。

2、二级菌种培养基的配比（重量百分比）为：活性有机物料35%、米糠45%、大豆粉17%、奶粉1.5%、糖0.5%、其余水。 

3、二级菌种培养基温度为45℃，PH值6.5，培养时间10天，含活菌数可达15亿个/克。 

4、将麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵12天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属六价铬生物降解剂： 

麦饭石                  38%；

牡蛎壳                  7%；

活性有机物料            30%；

WH菌群的活性糠菌        25%。

其余各成份的配比、各参数及工艺步骤同例1。 

  

实施例3

本实施例的土壤重金属六价铬生物降解剂各成份的配比及各参数与例1不同之处为：

1、本土壤重金属六价铬生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）：

（1）WH2菌种：45%；      （2）WH5菌种：30%；

（3）WH8菌种：17%；      （4）WH20菌种：8%。

2、二级菌种培养基的配比（重量百分比）为：活性有机物料45%、米糠35%、大豆粉15%、奶粉2.5%、糖1.5%、其余水。 

3、二级菌种培养基温度为30℃，PH值7.5，培养时间15天，含活菌数可达5亿个/克。 

4、将麦饭石、牡蛎壳、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵12天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属六价铬生物降解剂： 

麦饭石                70%；

牡蛎壳                5%；

活性有机物料          15%；

WH菌群的活性糠菌      10%。

其余各成份的配比、各参数及工艺步骤同例1。 

  

实施例4：应用对比实例之一

试验名称：本土壤重金属六价铬生物降解剂降解污泥重金属六价铬盆栽西洋菜试验

试验目的：探索经过添加本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的土壤与未经处理的土壤用于盆栽西洋菜时，菜株与土壤重金属六价铬含量的差异。

一、     材料与方法 

1、          试验材料

（1）试验用盆：塑料圆大盆，盆口直径50厘米，高20厘米，装土壤15公斤。

（2）试验基质：重金属六价铬污染土壤。 

（3）指示作物：西洋菜。 

（4）供试药剂：本土壤重金属六价铬生物降解剂。 

2、试验设计与方法 

本试验设两个处理，三次重复。

处理一：本土壤重金属六价铬生物降解剂10克/公斤土壤（土壤混合本土壤重金属六价铬生物降解剂预先处理10天）。 

处理二：（CK）空白土壤。 

各处理每盆装污泥15公斤，杆插西洋菜苗30株/盆，均配合常规施肥（三元复合肥）。 

二、结果与分析 

1、2012年3月5日割取菜苗测定重金属六价铬含量，结果如下表：

2、2012年3月5日抽取盆中土壤测定重金属六价铬含量及PH值，结果如下表：   

3、结果分析

（1）从菜苗检测结果可看出，经本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的菜苗对铬的含量有大幅度降低，降低了100%，效果非常显著。

（2）从盆泥测定结果可看出，施用本土壤重金属六价铬生物降解剂后，栽培基质（土壤）中铬的含量可降低50.7%，效果显著。从PH值看，施用本土壤重金属六价铬生物降解剂与CK没有明显差异。 

三、结论 

    用本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的土壤能有效降低土壤中重金属六价铬含量，也能有效地减少菜株对重金属六价铬的摄取量，效果显著。

  

实施例5：应用对比实例之二

试验名称：本土壤重金属六价铬生物降解剂降解污泥重金属六价铬试验

1、试验时间：2012年1月8日—2012年3月9日。

2、试验样品：河涌污泥。 

3、试验设计：本试验设2个处理，三次重复。 

处理一：本土壤重金属六价铬生物降解剂10克/公斤污泥。 

处理二：（CK）空白对照。 

4、处理60天后，于2012年3月9日抽取样测定各处理污泥重金属六价铬含量，结果如下表： 

5、结果分析

从测定结果可看出，使用本土壤重金属六价铬生物降解剂后污泥中重金属六价铬含量得到一定程度降低，其幅度为48.0%，效果明显。 

  

实施例6：应用对比实例之三

试验名称：本土壤重金属六价铬生物降解剂降解污泥重金属六价铬盆栽菠菜试验

试验目的：探索经过加本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的污泥与未经处理的污泥在菠菜种植中菜株重金属六价铬含量的差异。

一、     材料与方法 

一、     试验材料

（1）试验用盆：瓦盆，盆口直径18厘米，高15厘米，装污泥2.6公斤。

（2）试验基质：河涌污泥。 

（3）指示作物：菠菜。 

（4）供试药剂：本土壤重金属六价铬生物降解剂。 

2、试验设计与方法 

本试验设两个处理：

处理一：本土壤重金属六价铬生物降解剂10克/公斤污泥（污泥混合本土壤重金属六价铬生物降解剂预先处理10天）。

处理二：（CK）空白污泥。 

二、结果与分析 

1、各处理于2012年1月13日播种，均配合常规施肥，2012年4月9日割取菜苗测定重金属六价铬含量，结果如下表：

2、结果分析

从检测结果可看出，经本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的菠菜苗重金属六价铬含量比CK有所降低（降低65.7%），降低效果明显。

三、结论 

    经过初步试验，本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的污泥用于种植菠菜能有效地降低菜株中重金属六价铬含量。

  

实施例7：应用对比实例之四

试验名称：本土壤重金属六价铬生物降解剂降解土壤重金属六价铬盆栽小白菜试验

试验目的：探索经过加本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的土壤与未处理的土壤在小白菜种植中菜株重金属六价铬含量的差异。

一、     材料与方法 

1、试验材料

（1）试验用盆：瓦盆，盆口直径18厘米，高15厘米，装土壤2.6公斤。

（2）试验基质：受污染的土壤。 

（3）指示作物：小白菜。 

（4）供试药剂：本土壤重金属六价铬生物降解剂。 

2、试验设计与方法 

本试验设两个处理，三次重复，两处理均配合常规施肥（三元复合肥）。

处理一：本土壤重金属六价铬生物降解剂1克/公斤土壤。 

处理二：（CK）空白土壤。 

二、结果与分析 

1、2012年4月14日播种，6月9日割取菜苗测定重金属六价铬含量，结果如下表：

2、株重测定结果如下表：   

3、结果分析

（1）从检测结果可看出，经本土壤重金属六价铬生物降解剂处理的菜苗重金属六价铬含量比CK降低49.4%，降低效果较显著。

（2）从株重测定结果看，施用本土壤重金属六价铬生物降解剂株重增加非常明显，增幅达60.4%。 

三、结论 

    土壤中施用本土壤重金属六价铬生物降解剂种植小白菜对于菜株重金属六价铬含量降低效果显著，且能显著提高产量。