專利名稱：長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
土壤是人類賴以生存的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，其中鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、汞(Hg)、砷(As)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)等是較常見的重金屬污染。全世界平均每年排放Hg約1.5萬噸，Cu為340萬噸，Pb為500萬噸，Mn為1500萬噸，Ni為100萬噸，嚴(yán)重污染了環(huán)境?，F(xiàn)在我國受重金屬污染的農(nóng)田土壤約2500萬公頃，每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過100億元。
土壤的重金屬污染治理和恢復(fù)的難度大，并可經(jīng)食物鏈層層富集傳播直到人，嚴(yán)重影響人類健康。一旦重金屬的消納容量達(dá)到飽和，就會成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“定時炸彈”。重金屬污染土壤修復(fù)現(xiàn)已成為世界性的難題，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高改善人類生活，因此，有效地去除土壤中重金屬污染成為當(dāng)前一個十分迫切的任務(wù)。
現(xiàn)在重金屬污染土壤的修復(fù)主要有工程治理修復(fù)、物理化學(xué)修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、農(nóng)業(yè)修復(fù)及生物修復(fù)五種方法。前四種方法是比較傳統(tǒng)的治理方法，雖然在實(shí)際應(yīng)用中取得了一定成效，但存在人力與財力耗費(fèi)大，實(shí)施復(fù)雜、治理費(fèi)用高、易引起土壤肥力降低等缺陷，不利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
近年來生物修復(fù)技術(shù)治理土壤重金屬污染成為主流，生物修復(fù)包括動物修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)。其中，植物修復(fù)是目前國際國內(nèi)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，國家給予了大量資助，取得了一定成效。植物修復(fù)優(yōu)點(diǎn)易種植、富集量大、可以拔除土壤中的重金屬；植物修復(fù)缺點(diǎn)植物生長周期長(草本1年，木本3-5年，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn))、后續(xù)處理麻煩(焚燒是主體技術(shù)，但污染空氣)、植物又不易腐爛，致使現(xiàn)有的植物修復(fù)技術(shù)實(shí)際上只起一個富集濃縮土壤重金屬離子的作用，重金屬離子從土壤中被吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到植物體內(nèi)后，雖然土壤中少了，但重金屬離子還沒有根本從環(huán)境中去除，仍然存在于環(huán)境中的植物體內(nèi)，不管是焚燒還是腐爛，植物中富集的重金屬離子又會回到環(huán)境或土壤中，最多起個將污染轉(zhuǎn)運(yùn)到其他區(qū)域的作用。
上個世紀(jì)70年代以來，從選擇環(huán)境污染指示劑和食物安全角度出發(fā)，國內(nèi)外的對蕈菌與重金屬關(guān)系進(jìn)行了大量研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蕈菌對重金屬有較強(qiáng)的耐受和富集能力，蕈菌通過直接吸收空氣中漂浮的重金屬或通過菌絲體累積土壤基質(zhì)中的重金屬(Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等)。
長根菇(Oudermansiella radicata)屬擔(dān)子菌亞門、層菌綱、傘菌目、口蘑科、小奧德曼菌屬，中文別名為長根金錢菌、長根奧德蘑、草雞樅、露水雞樅等，是夏秋季節(jié)常見的一種土生木腐菌。
金福菇(Tricholoma giganteum Massee/Tricholomalobayensc heim)屬于擔(dān)子菌亞門、層菌綱、傘菌目、口蘑料、白蘑屬。中文別名為洛巴伊口蘑、洛巴口蘑、大口蘑等，常在春末至中秋前后種植，是常見的一種土生木腐菌。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)未能從根本上拔除土壤中的重金屬離子的不足，為人們提供一種周期短，易于實(shí)施，并能從根本上拔除土壤中重金屬離子的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法是在污染土壤上同時種植長根菇和金福菇，依靠兩種蘑菇作為生物富集器來超量吸附土壤中的重金屬離子，當(dāng)菌體成熟后，采收菌體并經(jīng)攪碎、勻漿、腐爛、過濾得到富含重金屬離子的菇漿液，再采用化學(xué)電泳或螯合沉淀方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
上述方案中所述重金屬為環(huán)境污染方面所指的重金屬，主要是指生物毒性顯著的鎘、鉛、鉻，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅等污染物。
上述方案中，富含重金屬離子的菇漿液經(jīng)濃縮或不經(jīng)濃縮或經(jīng)稀釋后，再采用化學(xué)電泳或螯合沉淀方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
上述方案中，化學(xué)電泳方法是指用陽極和陰極二電系統(tǒng)電解處理菇漿液，將菇漿液中的重金屬離子還原為金屬。
上述方案中，螯合沉淀方法是指菇漿液經(jīng)酸化后，加螯合劑進(jìn)行螯合反應(yīng)，再加沉淀劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉淀。
上述方案中，去除重金屬離子后的菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵。
本發(fā)明的發(fā)明人通過大量研究，發(fā)現(xiàn)要從根本上拔除土壤中的重金屬離子，必須結(jié)合生物修復(fù)和化學(xué)處理兩種方法；先依靠合適的生物先富集濃縮土壤環(huán)境中分散的低濃度的重金屬離子，后將富集了重金屬離子的生物處理成漿液，依靠化學(xué)電泳或螯合沉淀等方法將重金屬離子電析出或沉淀出來，這樣才是從環(huán)境中拔除出了重金屬污染。過去從選擇環(huán)境污染指示劑和食物安全領(lǐng)域的研究表明許多蕈菌對重金屬離子具有較強(qiáng)的富集能力，但迄今沒人認(rèn)識到對重金屬污染土壤而言，蕈菌就是一個高效生物富集器，蕈菌能方便快速地在重金屬污染土壤中生長并能高效富集重金屬離子，所以未能將這一知識應(yīng)用于重金屬污染土壤的生物修復(fù)領(lǐng)域，因此，選擇合適的蕈菌菌種作為生物富集器修復(fù)重金屬污染土壤具有科學(xué)原始創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價值。。
由于長根菇和金福菇的生物生長特性相似，如它們出菇的最適溫度都是25℃左右，出菇時需要85％～95％的大氣相對濕度，最適光照強(qiáng)度為300勒克斯左右，pH要求都為中性，田間管理也相對簡單，且都對重金屬有很強(qiáng)的富集能力。采取間種的方式來治理受污染的土壤，比起單一種植，更能夠綜合利用它們各自對不同重金屬富集的能力，更快更多的富集土壤重金屬，對多種重金屬污染的土地能達(dá)到很好的效果，所以長根菇和金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤是很好的一種方法。
本發(fā)明技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明以長根菇與金福菇為主要生物富集器，充分利用兩種菇能在同時在相似土壤條件下生長，生物量較大，生長周期短(2-3個月)，田間栽培技術(shù)成熟，富集重金屬離子能力強(qiáng)、可以吸附多種重金屬特點(diǎn)，綜合利用它們各自對不同重金屬富集的能力，更快更多地富集土壤重金屬；在重金屬污染土壤里大量混合間種栽培兩種蘑菇，收集成熟的蘑菇制成菇漿液，通過化學(xué)電泳或螯合沉淀等簡單成熟的化學(xué)方法電析出或沉淀出重金屬離子，從環(huán)境中完全去除重金屬污染，土壤耕作層重金屬污染平均去除率可達(dá)60～90％。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明不僅限于所述實(shí)施例實(shí)施例一本例是在污染土壤上聯(lián)合種植長根菇與金福菇來原位富集土壤中的鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)等金屬離子。
修復(fù)工藝過程菇培養(yǎng)基料配制→基料發(fā)酵→菇菌種制備→發(fā)酵基料在土壤中鋪底→兩種菇間種于污染土壤(污染土壤原位修復(fù))→菇生長并富集重金屬→出菇采收→富集了重金屬的菇制備菇漿液→菇漿液放入塑料材質(zhì)電泳槽中，調(diào)節(jié)pH值和電解液→電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統(tǒng)，接通直流穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓→電解析出菇漿液中的金屬離子(鎘、鉛、鉻、銅、鋅)→析出金屬附著電泳槽陰極表面上成為合金→去除重金屬離子后的菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵。
1.培養(yǎng)料配制與菌種制備(1)長根菇配方(栽培袋)棉籽殼35％，麥皮25％，闊葉樹木屑38％，糖和碳酸鈣各1％，含水量68％。
先將棉籽殼預(yù)濕，至含水量為75％左右，第二天，按照配方，把預(yù)濕的棉籽殼、木屑、麥皮、糖水和碳酸鈣混合攪拌均勻，把含水量調(diào)至68％。將上述混合均勻的料裝入聚乙烯塑料袋，至料高15厘米，干重約在0.4-0.45千克。料中間打一直徑約1.5-2厘米的洞，接種時菌種塊放入洞中。在室溫22-27℃下培養(yǎng)60天，一般菌袋料面的氣生菌絲會轉(zhuǎn)成褐色，此是菌袋中菌生理成熟的標(biāo)志。
(2)金福菇配方(栽培袋)稻草78％棉籽殼18％石灰2％石膏1％過磷酸鈣1％。
將稻草切成3～5厘米長，置水池中加入生石灰，浸泡24～30小時撈起，然后同經(jīng)預(yù)濕的棉籽殼，并加石灰、過磷酸鈣、石膏粉，進(jìn)行建堆發(fā)酵。堆料發(fā)酵時間10～15天，中間翻堆2～3次。培養(yǎng)料含水量60％～65％。滅菌前pH 7～8。將經(jīng)過處理的培養(yǎng)料裝入塑料袋中，然后在100℃保持5～6小時，停加熱后繼續(xù)悶12～28小時，卸袋散熱冷卻。
當(dāng)袋內(nèi)料溫降至25℃左右時進(jìn)行接菌。采用兩端播種法，接過菌種的培養(yǎng)袋，采取墻式疊袋，累疊4～5層，中間留有通風(fēng)道。當(dāng)菌種萌發(fā)，菌絲長到1/2袋后，將袋口松解，使氧氣透進(jìn)袋內(nèi)，經(jīng)過30～40天培養(yǎng)，菌絲長滿袋，進(jìn)入生理成熟期。
2.覆土栽培與原位修復(fù)在上述長根菇菌種袋的不同側(cè)面割2-3個滲水口，以防積水于袋內(nèi)。開好的菌種袋排放于重金屬污染土壤中，覆土厚度約蓋住菌種袋2-3厘米為佳，保持土壤含水量約65％左右。在溫度適合時，約15-30天就可現(xiàn)蕾。
將上述發(fā)滿菌絲的金福菇菌種袋，脫掉薄膜，讓其由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)入生殖生長階段。此時即可覆土。把菌種袋排放于重金屬污染土壤中，并覆上3～4厘米土。最后噴水，并在覆土上蓋茅草或報紙保濕。一般覆土后8～12天，白色菌絲爬上土面。
由于覆土是采取兩種菇間種的方式，可以對兩種菇分別采取不同的覆土方式，以保證它們的出菇條件。間種方法采取以每平方米為單位(或根據(jù)具體情況具體選擇)，相間種植長根菇與金福菇，避免它們之間競爭營養(yǎng)，影響各自的出菇。
3.后續(xù)處理約3個月后，長根菇和金福菇成熟，平均畝產(chǎn)鮮菇5800kg。采收菇，攪碎、勻漿、腐爛、、過濾，每千克混合鮮菇(長根菇和金福菇)稀釋成0.7升菇漿液，菇漿液中各種金屬離子含量為含鎘量為178.6毫克/升，含鉛量為454.3毫克/升，含鉻量為90.3毫克/升，含銅量為428.6毫克/升，含鋅量為480毫克/升。
菇漿液放入塑料材質(zhì)電泳槽中，調(diào)節(jié)菇漿液的pH值，調(diào)節(jié)電解液，電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統(tǒng)，接通直流穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓，電解，將長根菇和金福菇菇漿液中的鉛、鉻、銅、鋅金屬離子還原為金屬并附著電泳槽陰極表面上，得到合金。去除重金屬離子后的長根菇和金福菇菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵。
本例中，長根菇和金福菇對對Cd的平均富集量可達(dá)125mg/kg，對鉛(Pb)的平均富集量可達(dá)318毫克/千克(干重)，對鉻(Cr)的平均富集量可達(dá)63毫克/千克(干重)，對銅(Cu)平均富集量可達(dá)300毫克/千克(干重)，對鋅(Zn)平均富集量可達(dá)336毫克/千克(干重)。采用長根菇和金福菇對1畝污染土壤進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)，富集Cd重量為1035.9克，富集Pb重量為2634.9克，對Cr的富集量523.7克，對Cu富集量2485.9克，對Zn富集量2784克，可拔出土壤可耕作層75～85％的污染重金屬。
本例中，應(yīng)根據(jù)長根菇和金福菇生長發(fā)育對溫度條件的要求來安排季節(jié)和修復(fù)地址，適合我國中部、南部、東部大部分地區(qū)，長根菇和金福菇子實(shí)體分化與發(fā)育的最適溫度都為20～28℃，因此出菇季節(jié)最好安排在秋季8～9月或春季的3～5月份，各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料，選擇春秋季節(jié)氣溫穩(wěn)定在25℃左右，作為出菇月份，以此為界限，倒計時推進(jìn)50～60天，作為最佳接種期。
實(shí)施例二本例是采用箱式多區(qū)栽培系統(tǒng)異位拔除重金屬(移土種菇修復(fù))。通過收集重金屬污染土壤，進(jìn)行長根菇與金福菇的覆土培養(yǎng)，來富集土壤中的鉛、鉻、銅、鋅等金屬離子。
修復(fù)工藝過程菇培養(yǎng)基料配制→基料發(fā)酵→菇菌種制備→發(fā)酵基料在箱式框土壤中鋪底→收集重金屬污染土壤層→污染土壤異位覆土間種栽菇長根菇與金福菇→蘑菇生長并富集重金屬→出菇采收→富集了重金屬的蘑菇制備菇漿液→菇漿液放入塑料材質(zhì)電泳槽中，調(diào)節(jié)pH值和電解液→電泳槽插入陽極和陰極的二電極系統(tǒng)，接通直流穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓→電解析出菇漿液中的金屬離子(鉛、鉻、銅、鋅)→析出金屬附著電泳槽陰極表面上成為合金→去除重金屬離子后的菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵→修復(fù)后土壤的歸田。
1.培養(yǎng)料配制與菌種制備同實(shí)施例一。
2.箱式覆土異位修復(fù)(1)箱式覆土移取待修復(fù)的重金屬土壤，進(jìn)行適當(dāng)處理，使其團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較好，土粒直徑0.5-2cm為宜。覆土土壤滅菌后用石灰水調(diào)節(jié)pH7.2-7.5。修復(fù)過程是在選定的塑料或木質(zhì)箱式框內(nèi)分別裝入長根菇與金福菇的去袋菌種，先覆粗土，待菌絲爬土后再覆細(xì)土，總厚度3-3.5cm，含水量18-20％。
(2)出菇管理覆土后13天左右，菌絲爬至細(xì)土中層，調(diào)節(jié)溫度至22℃以下，噴結(jié)菇水，約1kg/m2，連續(xù)2-3天，并加強(qiáng)通風(fēng)。爾后停水2-3天，減少通風(fēng)促進(jìn)原基分化和子實(shí)體形成，產(chǎn)菇期間要保持覆土層濕潤。
3.后續(xù)處理(同實(shí)施例一)本例采用箱式多區(qū)栽培系統(tǒng)，將前后發(fā)酵、菌絲培養(yǎng)、出菇階段等分別置于最適的溫度(長根菇和金福菇子實(shí)體分化與發(fā)育的最適溫度都為20～28℃)、濕度室內(nèi)，不受外界條件限制，并配有送料、播種、覆土裝置，年栽培次數(shù)可高達(dá)5-6次，應(yīng)用范圍廣，適合修復(fù)局部嚴(yán)重污染的良田土壤。
實(shí)施例三本例是采用箱式多區(qū)栽培系統(tǒng)異位拔除重金屬(移土種菇修復(fù))。通過收集重金屬污染土壤，進(jìn)行長根菇與金福菇的覆土培養(yǎng)，來富集土壤中的鉛、鉻、銅、鋅等金屬離子。
本例修復(fù)工藝除后續(xù)處理外，其余同實(shí)施例二。
本例的后續(xù)處理工序如下約3個月后，長根菇與金福菇成熟，采收蘑菇，攪碎、勻漿、腐爛、過濾，每kg鮮菇制成0.8L菇漿液，加Na2S2O5/H2SO4酸化后(pH2～3)，加螯合劑/NaOH(pH8～9)進(jìn)行螯合反應(yīng)，再加沉淀劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉淀。沉降分離去除重金屬離子化合物沉淀后的菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵。
權(quán)利要求
1.一種長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于在污染土壤上同時種植長根菇和金福菇，依靠兩種蘑菇作為生物富集器來超量吸附土壤中的重金屬離子，當(dāng)菌體成熟后，采收菌體并經(jīng)攪碎、勻漿、腐爛、過濾得到富含重金屬離子的菇漿液，再采用化學(xué)電泳或螯合沉淀方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述重金屬為環(huán)境污染方面所指的重金屬，指生物毒性顯著的鎘、鉛、鉻、鋅或銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述富含重金屬離子的菇漿液經(jīng)濃縮或不經(jīng)濃縮或經(jīng)稀釋后，再采用化學(xué)電泳或螯合沉淀方法將菇漿液中的重金屬離子去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述化學(xué)電泳方法是指用陽極和陰極二電系統(tǒng)電解處理菇漿液，將菇漿液中的重金屬離子還原為金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述螯合沉淀方法是指菇漿液經(jīng)酸化后，加螯合劑進(jìn)行螯合反應(yīng)，再加沉淀劑或絮凝劑得到重金屬離子化合物沉淀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述去除重金屬離子后的菇漿液加入到沼氣池中，用于沼氣發(fā)酵。
全文摘要
本發(fā)明屬于資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域中的一種長根菇與金福菇聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，是在污染土壤上同時種植長根菇和金福菇，當(dāng)菌體成熟后，采收菌體并經(jīng)處理得到富含重金屬離子的菇漿液，再采用化學(xué)電泳或螯合沉淀方法將菇漿液中的重金屬離子去除。本發(fā)明以長根菇與金福菇為主要生物富集器，充分利用兩種菇能在同時在相似土壤條件下生長，生長周期短，田間栽培技術(shù)成熟，富集重金屬離子能力強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合化學(xué)電泳或螯合沉淀等簡單成熟的化學(xué)方法，從環(huán)境中完全去除重金屬離子。
文檔編號C02F1/62GK101088642SQ200710049530
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者徐恒, 陳坤, 雷雨, 季金虎, 辜文博, 姬凌云 申請人:四川大學(xué)