一種基于生物炭固定重金屬的方法
1.本發明屬于重金屬治理的技術領域，具體涉及一種基于生物炭固定重金屬的方法
背景技術：
2.在過去的幾十年里，重金屬在水、大氣、土壤中的污染問題被廣泛報道。通過人類的生產、生活活動，如采礦、冶煉、垃圾焚燒和汽車尾氣等，將重金屬污染物遷移到生物賴以生存的生物圈中，已成為重金屬污染物在地球化學循環過程中的重要一環。人類可以通過多種途徑獲取自然界中的重金屬，而人類通常缺乏生物降解它們的能力，導致重金屬在體內積累，進一步導致健康問題。因此，重金屬污染物不論是對人類還是生態環境都會產生巨大危害，治理水體和土壤的重金屬污染已迫在眉睫，尋求有效且具有長期性的治理方法也更是引起了全世界科學家和工程師的關注。
3.在貫徹落實可持續發展理念的時代背景下，實現生物炭的治理效果長期有效不僅能夠降低國家治理重金屬污染的投入成本，同時還符合綠、環保的發展理念，從而實現生態與經濟效益的雙豐收。目前，固化/穩定化技術應用最為普遍，該技術起源于20世紀50年代末，起初用于污泥治理，后來被用于土壤修復。自20世紀90年代以來，它作為重金屬治理技術先后在美國、加拿大、英國、法國和荷蘭等國興起。2017至今，中國重金屬修復市場蓬勃發展，其中固化/穩定化技術在使用占比中處于領先地位。該技術的有效性高度依賴于用于將金屬固定在土壤中的添加劑的性能，其中，生物炭因其對重金屬吸附的高親和力、低碳、低成本的特點而成為最受歡迎的添加劑之一。生物炭對重金屬的固定，有很大一部分是通過物理吸附和陽離子交換實現的，這部分固定的重金屬離子很容易被生物利用且穩定性差，受環境ph值影響大。因此，如何能進一步提高生物炭對重金屬的固定效率和長期有效性，一直是該領域的研究難點。
技術實現要素：
4.針對上述技術問題，本發明提供一種基于生物炭固定重金屬的方法，提高了生物炭固定重金屬的效率和長期有效性，降低了生物炭固定重金屬后的二次污染風險。
5.為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
6.一種基于生物炭固定重金屬的方法，包括如下步驟：
7.(1)將生物炭和污染水體或污染土體混合，使所述生物炭捕獲重金屬；
8.(2)將含脲酶細菌的菌液和步驟(1)中捕獲有重金屬的生物炭混合，使所述生物炭捕獲菌液中的產脲酶細菌；
9.(3)將膠結液和步驟(2)中捕獲有產脲酶細菌的生物炭混合，使所述產脲酶細菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液包括氯化鈣和尿素。
10.其中，利用微生物誘導碳酸鈣沉淀(micp)技術提高生物炭固定重金屬的穩定性。
11.優選地，步驟(3)中，所述生物炭的重量和所述膠結液的體積的比例為1g：(200～400)ml，優選為1g：(250～300)ml。在一具體的實施例中，所述生物炭的重量和所述膠結液
的體積的比例為1g:300ml。
12.優選地，步驟(3)中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素的濃度為0.25～0.5mol/l。該膠結液為水溶液，溶質由氯化鈣和尿素組成，偏高的尿素濃度和適中的氯化鈣濃度為適宜的膠結液濃度，可以促使微生物在生物炭表面生成較為理想的碳酸鹽沉淀保護外殼。在一具體的實施例中，氯化鈣濃度為0.3mol/l，尿素濃度為0.5mol/l，該濃度條件下，micp技術發揮了最大作用。
13.優選地，步驟(3)中，將所述生物炭浸泡于所述膠結液中，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，且振蕩時間和靜置時間的總和為12～24h，恒溫振蕩搖床的轉速應控制為100～150rpm，溫度優選為30℃，振蕩時間控制為12h，確保生物炭均勻地捕獲細菌。進一步說明，巴氏芽孢八疊球菌在30℃條件下活性最為理想，若選用其他菌種，需根據其特性調整浸泡過程中的溫度。振蕩完成后進行靜置，靜止時間控制為12h，確保細菌穩固地附著在生物炭上，生物炭充分捕獲菌液中的產脲酶細菌，并保留生物炭于原位，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h。進一步說明，依據生物炭特性和重金屬種類，可適當調整振蕩和靜置時間，但總處理時間不應超過24h，以防止細菌活性大幅度降低，影響后續微生物誘導碳酸鈣沉淀效果。或，步驟(3)中，將所述膠結液噴灑至經步驟(1)和(2)處理的污染土體中，攪拌并靜置不超過24h，再進行后續步驟。
14.優選地，步驟(2)中，所述菌液中的產脲酶細菌選自巴氏芽孢八疊球菌，所述菌液的液體培養基包括硫酸銨、酵母提取粉和三羥基甲基氨基甲苯，具體的，液體培養基包括10g/l硫酸銨、20g/l酵母提取粉和15.73g/l三羥基甲基氨基甲苯。菌種按照1～5％的體積分數接種至所述液體培養基后，再利用恒溫振蕩培養箱在30℃、200rpm條件下有氧培養24h。菌液在有氧培養24h后需立刻用于浸泡過程。菌液的初始電導率為9.6mmol/l/min，初始od600值為1.1。浸泡過程結束后的菌液的電導率為9.9mmol/l/min，od600值為1.2。進一步說明，重金屬濃度適中，可保證細菌活性良好，若重金屬濃度過高，可能會嚴重影響細菌活性，甚至導致細菌死亡，必要時需稀釋重金屬濃度后再進行菌液的浸泡過程。
15.優選地，步驟(2)中，將捕獲有重金屬的生物炭自污染水體中取出，用所述菌液浸泡所述生物炭，恒溫振蕩搖床的轉速應控制為100～150rpm，溫度優選為30℃，振蕩時間控制為12h，確保生物炭均勻地捕獲細菌。進一步說明，巴氏芽孢八疊球菌在30℃條件下活性最為理想，若選用其他菌種，需根據其特性調整浸泡過程中的溫度。振蕩完成后進行靜置，靜止時間控制為12h，確保細菌穩固地附著在生物炭上，生物炭充分捕獲菌液中的產脲酶細菌，并保留生物炭于原位，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h。進一步說明，依據生物炭特性和重金屬種類，可適當調整振蕩和靜置時間，但總處理時間不應超過24h，以防止細菌活性大幅度降低，影響后續微生物誘導碳酸鈣沉淀效果。或，步驟(2)中，將所述菌液噴灑至經步驟(1)處理的污染土體中，攪拌，靜置不超過24h，進行步驟(3)。
16.優選地，步驟(1)中，將生物炭添加至污染水體中，所述生物炭的重量和污染水體的體積的比例為1g：(150～300)ml，優選為1g：200ml，在恒溫振蕩搖床中振蕩24h，其中，設置溫度為25℃，轉速為250rpm，以確保生物炭達到固定平衡，并把達到固定平衡的生物炭保留至原位；或，步驟(1)中，將所述生物炭均勻撒至污染土體的表面，所述生物炭的重量和污染土體的面積的比例為1g：(0.4～0.8)m2，并用耕地機將生物炭與污染土拌和均勻，待固定平衡后進行后續步驟。
17.優選地，所述生物炭為由植物秸稈經熱解及研磨后獲得的粉末或顆粒。具體的，在高溫條件下將植物秸稈經熱解及研磨后獲得的粉末或顆粒以制成生物炭，本實施例中優選農業廢棄物水稻秸稈作為生物炭原料，在缺氧環境下使用馬弗爐將干燥粉碎后的水稻秸稈以10℃/min的速率升溫到指定溫度(300～700℃為宜)，并恒溫1.5h，所得生物炭研磨并過70目篩。
18.在一具體且優選的實施例中，基于上述方法對污染水體的處理具體如下：
19.s101、將生物炭添加至污染水體中，振蕩，使所述生物炭捕獲水體中的重金屬；
20.s102、將所述生物炭自水體中取出，用含巴氏芽孢八疊球菌的菌液浸泡所述生物炭，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，并靜置，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h，使所述生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；
21.s103、將所述生物炭浸泡于所述膠結液中，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，且振蕩時間和靜置時間的總和為12～24h，使所述生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素的濃度為0.25～0.5mol/l。
22.在另一具體且優選的實施例中，基于上述方法對污染土體的處理具體如下：
23.s201、將生物炭均勻撒至污染土體的表面，攪拌，使所述生物炭捕獲土體中的重金屬；
24.s202、將含巴氏芽孢八疊球菌的菌液噴灑至污染土體中，攪拌，靜置不超過24h，使土體中的所述生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；
25.s203、將膠結液噴灑至污染土體中，攪拌，使所述生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素的濃度為0.25～0.5mol/l。
26.本發明的有益效果如下：
27.本發明中，先將生物炭置于重金屬污染水體或土體中，待達到固定平衡后，用含產脲酶菌的菌液對生物炭進行處理，生物炭吸收菌液，最后用膠結液對已充分固定重金屬且充分吸收菌液的生物炭，引入產脲酶菌誘導在生物炭的微孔中沉淀碳酸鹽，從而將吸附于生物炭的微孔中的重金屬進行加固，極大地提高了生物炭固定重金屬的效率和長期有效性，降低了生物炭固定重金屬后的二次污染風險，在水體中處理完成后的生物炭可進行回收再利用，在土體中處理完成后的生物炭可增加土壤肥力，符合低碳、環保的生態發展理念。
附圖說明
28.為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
29.圖1為基于本發明實施例的方法處理污染水體的流程示意圖；
30.圖2為基于本發明實施例的方法處理污染土體的流程示意圖；
31.圖3為本發明實施例1中micp處理前后，鉛固定平衡的生物炭實際狀態示意圖；
32.圖4為未經micp處理、實施例1及實施例2處理所得生物炭的鉛萃取試驗結果圖。
具體實施方式
33.下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域的技術人員理解。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。
34.除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同；本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
35.本實施方式提供一種基于生物炭固定重金屬的方法，其利用微生物誘導碳酸鈣沉淀(micp))技術提高生物炭固定重金屬的穩定性。micp技術以環境中廣泛存在的微生物和鈣離子為原料，具有綠生態環保的優勢，其核心是利用從天然土壤環境中分離出來的產脲酶細菌(以巴氏孢子菌為例)，通過一系列反應(式(1-5))將尿素水解并與ca
2+
形成碳酸鹽。
36.co(nh2)2+2h2o
→
h2co3+2nh3???
(1)
[0037][0038][0039][0040][0041]
micp固定重金屬主要過程包括包裹和沉淀作用，這些作用對重金屬的固定要顯著強于物理吸附和陽離子交換作用。micp技術可以借助微生物的反應過程在固定平衡的生物炭上制成一種可抵御外界環境變化的碳酸鈣表面層，保護屏障，從而實現重金屬的長效固定。
[0042]
上述方法包括如下步驟：
[0043]
步驟一：將生物炭和污染水體或污染土體混合，使生物炭捕獲重金屬；
[0044]
具體的，在高溫條件下將植物秸稈經熱解及研磨后獲得的粉末或顆粒以制成生物炭，本實施例中優選農業廢棄物水稻秸稈作為生物炭原料，在缺氧環境下使用馬弗爐將干燥粉碎后的水稻秸稈以10℃/min的速率升溫到指定溫度(300～700℃為宜)，并恒溫1.5h，所得生物炭研磨并過70目篩。將生物炭添加至污染水體中，生物炭的重量和污染水體的體積的比例為1g：(150～300)ml，優選為1g：200ml，在恒溫振蕩搖床中振蕩24h，其中，設置溫度為25℃，轉速為250rpm，以確保生物炭達到固定平衡，并把達到固定平衡的生物炭保留至原位。
[0045]
若是在土壤污染環境中，需將生物炭均勻的撒至土壤表面，生物炭的重量和污染土體的面積的比例為1g：(0.4～0.8)m2，并用耕地機將生物炭與污染土拌和均勻，待固定平衡后進行后續步驟。
[0046]
本實施例中選用危害性較強、治理難度較大且污染范圍廣的鉛作為待固定重金屬，鉛污染溶液中包含pb(no3)2和nano3。pb(no3)2的濃度控制為3～20mmol/l為宜，nano3的濃度控制在0.01mol/l為宜。在實際應用過程中重金屬污染成分及濃度以實際污染情況為準，生物炭固定重金屬的能力受到原材料、熱解溫度、重金屬離子種類等的影響，需要選用合適的生物炭固定重金屬以確保生物炭達到良好的重金屬捕獲效果，從而順利地開展micp
處理的后續步驟。
[0047]
步驟二：將含脲酶細菌的菌液和步驟一中捕獲有重金屬的生物炭混合，使生物炭捕獲菌液中的產脲酶細菌；
[0048]
本實施例中菌液中的產脲酶細菌選自巴氏芽孢八疊球菌，菌液所使用的液體培養基包括10g/l硫酸銨、20g/l酵母提取粉和15.73g/l三羥基甲基氨基甲苯。將菌種按1～5％的體積分數接種至已經充分進行高溫滅菌的液體培養基后，再利用恒溫振蕩培養箱在30℃、200rpm條件下有氧培養24h。菌液在有氧培養24h后需立刻用于浸泡過程。菌液的初始電導率為9.6mmol/l/min，初始od
600
值為1.1。浸泡過程結束后的菌液的電導率為9.9mmol/l/min，od
600
值為1.2。進一步說明，重金屬濃度適中，可保證細菌活性良好，若重金屬濃度過高，可能會嚴重影響細菌活性，甚至導致細菌死亡，必要時需稀釋重金屬濃度后再進行菌液的浸泡過程。
[0049]
將捕獲有重金屬的生物炭自污染水體中取出，用菌液浸泡生物炭，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，恒溫振蕩搖床的轉速應控制為100～150rpm，溫度優選為30℃，振蕩時間控制為12h，確保生物炭均勻地捕獲細菌。進一步說明，巴氏芽孢八疊球菌在30℃條件下活性最為理想，若選用其他菌種，需根據其特性調整浸泡過程中的溫度。振蕩完成后進行靜置，靜止時間控制為12h，確保細菌穩固地附著在生物炭上，生物炭充分捕獲菌液中的產脲酶細菌，并保留生物炭于原位，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h。進一步說明，依據生物炭特性和重金屬種類，可適當調整振蕩和靜置時間，但總處理時間不應超過24h，以防止細菌活性大幅度降低，影響后續微生物誘導碳酸鈣沉淀效果。
[0050]
若是在土壤污染環境中，需將菌液噴灑至步驟一處理后的污染土體中，攪拌并靜置不超過24h，再進行后續步驟。
[0051]
步驟三：將膠結液和步驟二中捕獲有產脲酶細菌的生物炭混合，靜置反應，使產脲酶細菌和膠結液反應。
[0052]
膠結液為氯化鈣溶液和尿素溶液組成的混合溶液，其中，氯化鈣溶液的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素溶液的濃度為0.25～0.5mol/l。進一步說明，偏高的尿素濃度和適中的氯化鈣濃度為適宜的膠結液濃度，可以促使微生物在生物炭表面生成較為理想的碳酸鹽沉淀保護外殼。最優選的氯化鈣濃度為0.3mol/l，尿素濃度為0.5mol/l，該濃度條件下，micp技術發揮了最大作用。
[0053]
生物炭的重量和膠結液的體積的比例為1g：(200～400)ml，優選為1:300，用膠結液浸泡步驟二中捕獲細菌后的生物炭，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，恒溫振蕩搖床的轉速應控制為100～150rpm，甚至更低，確保碳酸鈣穩固地在生物炭上沉淀，溫度優選為30℃，確保細菌的活性。進一步說明，巴氏芽孢八疊球菌在30℃條件下活性最為理想，若選用其他菌種，需根據其特性調整浸泡過程中的溫度。振蕩時間和靜置時間的總和為12～24h，若生物炭上的細菌活性較強或膠結速度較快，可縮短振蕩與靜置的時間。以一個具體實施例為例，選用巴氏芽孢八疊球菌且控制尿素濃度為0.25mol/l、氯化鈣濃度為0.3mol/l，振蕩時間控制為12h，靜置時間為12h。
[0054]
若是在土壤污染環境中，需將菌液和膠結液先后噴灑至土壤表面，并配合耕地機將菌液和膠結液與污染土拌和均勻。待膠結完成后，在生物炭表面生成的碳酸鈣沉淀可以有效幫助生物炭抵御外界環境變化，尤其是酸雨淋洗，從而提高生物炭固定重金屬的長期
有效性。另外，生物炭在土壤環境中可以提高土壤肥力，碳酸鈣的膠結作用也可以提高土壤的強度。
[0055]
進一步說明，步驟二中的菌液和步驟三中的膠結液，可能會導致生物炭上所固定的重金屬遷移至溶液中，具有一定的污染風險，控制膠結液濃度是降低風險的方法之一。在已知的實施中鉛的遷移率最低可控制為5.72％。
[0056]
總結而言，基于上述方法可以對污染水體進行處理，去除其中的重金屬并通過micp強化將重金屬固定在生物炭中。如圖1所示，基于上述方法對污染水體的處理過程具體包括：
[0057]
s101、將生物炭添加至污染水體中，振蕩，使生物炭捕獲水體中的重金屬；
[0058]
s102、將生物炭自水體中取出，用含巴氏芽孢八疊球菌的菌液浸泡生物炭，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，并靜置，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h，使生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；
[0059]
s103、將生物炭浸泡于膠結液中，置于25～35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，且振蕩時間和靜置時間的總和為12～24h，使生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和膠結液反應，其中，膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素的濃度為0.25～0.5mol/l。
[0060]
基于上述方法可以對污染水體進行處理，去除其中的重金屬并將重金屬固定在生物炭中。
[0061]
如圖2所示，基于上述方法對污染水體的處理過程具體包括：
[0062]
s201、將生物炭均勻撒至污染土體的表面，攪拌，使生物炭捕獲土體中的重金屬；
[0063]
s202、將含巴氏芽孢八疊球菌的菌液噴灑至污染土體中，攪拌，靜置不超過24h，使土體中的生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；
[0064]
s203、將膠結液噴灑至污染土體中，攪拌，使生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和膠結液反應，其中，膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05～0.5mol/l，尿素的濃度為0.25～0.5mol/l。
[0065]
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明；應理解，這些實施例是用于說明本發明的基本原理、主要特征和優點，而本發明不受以下實施例的范圍限制；實施例中采用的實施條件可以根據具體要求做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。下述中，如無所述說明，所有的原料來自于商購或者按照本領域常規方法制備而得。
[0066]
實施例1
[0067]
該實施例采用micp技術對鉛固定平衡的水稻秸稈生物炭進行表面處理，具體步驟如下：
[0068]
1)水稻秸稈生物炭固定鉛：將水稻秸稈生物炭取0.1g加至含有濃度為5mmol/l的pb(no3)2和0.01mol/l nano3的20ml溶液的離心管中，在25℃、250rpm條件下振蕩24h，待固定平衡后離心并去除上清液。
[0069]
2)菌液浸泡生物炭：用30ml已接種24h的巴氏芽孢八疊球菌菌液浸泡1)中所得生物炭，并在30℃的恒溫振蕩搖床中以150rpm轉速振蕩菌液與生物炭的混合液12h，再靜置12h，確保生物炭充分捕獲菌液中的細菌，并去除上清液。
[0070]
3)膠結液浸泡生物炭：用30ml膠結液(尿素濃度為0.5mol/l，氯化鈣濃度為
0.3mol/l)立刻浸泡2)中所得生物炭，并置于30℃的恒溫振蕩搖床中以100rpm轉速振蕩膠結液與生物炭的混合液12h，并靜置12h，以確保微生物可以充分且穩定地與膠結液中各成分反應。
[0071]
膠結液浸泡生物炭后，生物炭表面即形成碳酸鈣表面屏障，該屏障有助于提高生物炭抵御環境變化的能力。圖3為該實施例在micp處理前后，鉛固定平衡的水稻秸稈生物炭的實際狀態示意圖。
[0072]
通過簡化的連續萃取法對上述所得的生物炭烘干樣進行分步鉛萃取實驗，以測得每種生物炭上的可交換態鉛、酸可溶態鉛和穩定的非生物可利用鉛的含量。第一步是在0.1g生物炭中加入8ml 0.5mol/l mgcl2溶液(ph＝7.0)并室溫振蕩20min，以萃取可交換態鉛；第二步是在另取的0.1g生物炭中加入8ml 1mol/l naoac溶液(ph＝5.0)并室溫振蕩5h,以萃取可交換態鉛和酸可溶態鉛。收集萃取溶液上清液并稀釋酸化，并使用電感耦合等離子體發射光譜儀(icp-oes)檢測溶液中的鉛濃度。第一步可得可交換態鉛的含量q1(mg/g)；第二步可得可交換態和酸可溶態鉛的總量q2，q1與q2的差值即為酸可溶態鉛的含量。非生物可利用鉛的含量可由總固定量qe減去q2計算得到。圖4為micp處理前后生物炭上各形態鉛占比的變化量，由此可判斷micp處理后生物炭固定鉛的穩定性是否有提高。
[0073]
試驗結果表明：由圖4可知，按照上述步驟用micp技術處理生物炭后，生物炭固定鉛的穩定性獲得了顯著提升。各形態鉛的占比變化為：可交換態鉛1.8％降低至0.2％，酸可溶態鉛由94.7％降低至7.5％，穩定態鉛由3.5％提升至92.3％。
[0074]
實施例2
[0075]
本實施例與實施例1的區別在于膠結液。具體地，該實施例采用尿素濃度為0.25mol/l、氯化鈣濃度為0.1mol/l的膠結液浸泡生物炭。采用的產脲酶菌、生物炭種類和重金屬種類與實施例1相同，生物炭固定重金屬及micp處理步驟及試各形態占比的測試手段也與實施例1完全一致。
[0076]
該實施例中的生物炭經過micp處理后分布鉛萃取實驗的結果表明，經micp處理后，生物炭固定鉛的穩定性獲得了較為顯著的提升。各形態鉛的占比變化為：可交換態鉛1.78％降低至1.5％，酸可溶態鉛由94.73％降低至39％，穩定態鉛由3.49％提升至52.5％。實施例1和2中生物炭長期有效性提高的原因主要歸因于生物炭上的碳酸鈣表面屏障的物理包裹和化學緩沖緩沖作用。
[0077]
綜上所述，相比于現有技術，本發明的有益效果為：
[0078]
(1)本發明尤其在提高生物炭固定重金屬的長期有效性方面有顯著優勢，通過借助產脲酶菌的生物反應過程，在生物炭上制成具有抵御外界環境變化的碳酸鈣表面層，克服了現有生物炭改性技術的機械性和生物炭固定穩定性不足的缺點，并且micp技術處理后的生物炭不易受環境ph值的影響，具有良好的固定效率和長期有效性。
[0079]
(2)本發明屬于一種符合可持續發展理念的土體固化技術，所使用的產脲酶細菌廣泛分布于自然界的土體中，不會對生態環境造成污染；所使用的生物炭原材料為水稻秸稈，來源廣泛，成本低廉，且一定程度上避免了農業廢棄物大量非規范性焚燒，降低了能源消耗和碳排放。
[0080]
(3)本發明所采用的micp強化生物炭固定重金屬的技術相比于現有的生物炭改性技術而言，能夠有更快的強化速度和更簡約的強化流程，一般而言，從捕獲細菌到碳酸鈣沉
淀完成僅需要約48h，短時間的微生物處理后可以強化生物炭上的可交換態和酸可溶態重金屬的固定，促使穩定部分的重金屬占主導地位。
[0081]
(4)本發明可滿足土體和水體的重金屬污染場所的治理，施工難度低，設備需求量低，投入成本低，維護周期長，治理效果明顯。
[0082]
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，是一種優選的實施例，其目的在于熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限定本發明的保護范圍。凡根據本發明的精神實質所作的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）將生物炭和污染水體或污染土體混合，使所述生物炭捕獲重金屬；（2）將含脲酶細菌的菌液和步驟（1）中捕獲有重金屬的生物炭混合，使所述生物炭捕獲菌液中的產脲酶細菌；（3）將膠結液和步驟（2）中捕獲有產脲酶細菌的生物炭混合，使所述產脲酶細菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液包括氯化鈣和尿素。2.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（3）中，所述生物炭的重量和所述膠結液的體積的比例為1g：（200~400）ml。3.根據權利要求1或2所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（3）中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05~0.5 mol/l，尿素的濃度為0.25~0.5 mol/l。4.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（3）中，將所述生物炭浸泡于所述膠結液中，置于25~35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，且振蕩時間和靜置時間的總和為12~24h；或，步驟（3）中，將所述膠結液噴灑至經步驟（1）和（2）處理的污染土體中，攪拌。5.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述菌液中的產脲酶細菌選自巴氏芽孢八疊球菌，所述菌液的液體培養基包括硫酸銨、酵母提取粉和三羥基甲基氨基甲苯，菌種按照1~5%的體積分數接種至所述液體培養基，有氧培養獲得所述菌液，所述菌液的od
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值大于或等于1.1。6.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（2）中，將捕獲有重金屬的生物炭自污染水體中取出，用所述菌液浸泡所述生物炭，置于25~35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，并靜置，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h；或，步驟（2）中，將所述菌液噴灑至經步驟（1）處理的污染土體中，攪拌，靜置不超過24h，進行步驟（3）。7.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，步驟（1）中，將生物炭添加至污染水體中，所述生物炭的重量和污染水體的體積的比例為1g：（150~300）ml，振蕩；或，步驟（1）中，將所述生物炭均勻撒至污染土體的表面，所述生物炭的重量和污染土體的面積的比例為1g：（0.4~0.8）m2，攪拌。8.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，所述生物炭為由植物秸稈經熱解及研磨后獲得的粉末或顆粒。9.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，對污染水體的處理具體如下：s101、將生物炭添加至污染水體中，振蕩，使所述生物炭捕獲水體中的重金屬；s102、將所述生物炭自水體中取出，用含巴氏芽孢八疊球菌的菌液浸泡所述生物炭，置于25~35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，并靜置，且振蕩時間和靜置時間的總和小于或等于24h，使所述生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；s103、將所述生物炭浸泡于所述膠結液中，置于25~35℃的恒溫振蕩搖床中振蕩，且振蕩時間和靜置時間的總和為12~24h，使所述生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05~0.5 mol/l，尿素的濃度為0.25~0.5 mol/l。
10.根據權利要求1所述的基于生物炭固定重金屬的方法，其特征在于，對污染土體的處理具體如下：s201、將生物炭均勻撒至污染土體的表面，攪拌，使所述生物炭捕獲土體中的重金屬；s202、將含巴氏芽孢八疊球菌的菌液噴灑至污染土體中，攪拌，靜置不超過24h，使土體中的所述生物炭捕獲巴氏芽孢八疊球菌；s203、將膠結液噴灑至污染土體中，攪拌，使所述生物炭中的巴氏芽孢八疊球菌和所述膠結液反應，其中，所述膠結液為氯化鈣和尿素的混合溶液，氯化鈣的濃度為0.05~0.5 mol/l，尿素的濃度為0.25~0.5 mol/l。
技術總結
本發明公開了一種基于生物炭固定重金屬的方法，其包括如下步驟：（1）將生物炭和污染水體或污染土體混合，使生物炭捕獲重金屬；（2）將含脲酶細菌的菌液和步驟（1）中捕獲有重金屬的生物炭混合，使生物炭捕獲菌液中的產脲酶細菌；（3）將膠結液和步驟（2）中捕獲有產脲酶細菌的生物炭混合，靜置反應，使產脲酶細菌和所述膠結液反應，其中，膠結液包括氯化鈣和尿素。本發明提高了生物炭固定重金屬的效率和長期有效性，降低了生物炭固定重金屬后的二次污染風險。險。
