一种基于生物炭固定重金属的方法
1.本发明属于重金属治理的技术领域，具体涉及一种基于生物炭固定重金属的方法
背景技术：
2.在过去的几十年里，重金属在水、大气、土壤中的污染问题被广泛报道。通过人类的生产、生活活动，如采矿、冶炼、垃圾焚烧和汽车尾气等，将重金属污染物迁移到生物赖以生存的生物圈中，已成为重金属污染物在地球化学循环过程中的重要一环。人类可以通过多种途径获取自然界中的重金属，而人类通常缺乏生物降解它们的能力，导致重金属在体内积累，进一步导致健康问题。因此，重金属污染物不论是对人类还是生态环境都会产生巨大危害，治理水体和土壤的重金属污染已迫在眉睫，寻求有效且具有长期性的治理方法也更是引起了全世界科学家和工程师的关注。
3.在贯彻落实可持续发展理念的时代背景下，实现生物炭的治理效果长期有效不仅能够降低国家治理重金属污染的投入成本，同时还符合绿、环保的发展理念，从而实现生态与经济效益的双丰收。目前，固化/稳定化技术应用最为普遍，该技术起源于20世纪50年代末，起初用于污泥治理，后来被用于土壤修复。自20世纪90年代以来，它作为重金属治理技术先后在美国、加拿大、英国、法国和荷兰等国兴起。2017至今，中国重金属修复市场蓬勃发展，其中固化/稳定化技术在使用占比中处于领先地位。该技术的有效性高度依赖于用于将金属固定在土壤中的添加剂的性能，其中，生物炭因其对重金属吸附的高亲和力、低碳、低成本的特点而成为最受欢迎的添加剂之一。生物炭对重金属的固定，有很大一部分是通过物理吸附和阳离子交换实现的，这部分固定的重金属离子很容易被生物利用且稳定性差，受环境ph值影响大。因此，如何能进一步提高生物炭对重金属的固定效率和长期有效性，一直是该领域的研究难点。
技术实现要素：
4.针对上述技术问题，本发明提供一种基于生物炭固定重金属的方法，提高了生物炭固定重金属的效率和长期有效性，降低了生物炭固定重金属后的二次污染风险。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于生物炭固定重金属的方法，包括如下步骤：
7.(1)将生物炭和污染水体或污染土体混合，使所述生物炭捕获重金属；
8.(2)将含脲酶细菌的菌液和步骤(1)中捕获有重金属的生物炭混合，使所述生物炭捕获菌液中的产脲酶细菌；
9.(3)将胶结液和步骤(2)中捕获有产脲酶细菌的生物炭混合，使所述产脲酶细菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液包括氯化钙和尿素。
10.其中，利用微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)技术提高生物炭固定重金属的稳定性。
11.优选地，步骤(3)中，所述生物炭的重量和所述胶结液的体积的比例为1g：(200～400)ml，优选为1g：(250～300)ml。在一具体的实施例中，所述生物炭的重量和所述胶结液
的体积的比例为1g:300ml。
12.优选地，步骤(3)中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素的浓度为0.25～0.5mol/l。该胶结液为水溶液，溶质由氯化钙和尿素组成，偏高的尿素浓度和适中的氯化钙浓度为适宜的胶结液浓度，可以促使微生物在生物炭表面生成较为理想的碳酸盐沉淀保护外壳。在一具体的实施例中，氯化钙浓度为0.3mol/l，尿素浓度为0.5mol/l，该浓度条件下，micp技术发挥了最大作用。
13.优选地，步骤(3)中，将所述生物炭浸泡于所述胶结液中，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，且振荡时间和静置时间的总和为12～24h，恒温振荡摇床的转速应控制为100～150rpm，温度优选为30℃，振荡时间控制为12h，确保生物炭均匀地捕获细菌。进一步说明，巴氏芽孢八叠球菌在30℃条件下活性最为理想，若选用其他菌种，需根据其特性调整浸泡过程中的温度。振荡完成后进行静置，静止时间控制为12h，确保细菌稳固地附着在生物炭上，生物炭充分捕获菌液中的产脲酶细菌，并保留生物炭于原位，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h。进一步说明，依据生物炭特性和重金属种类，可适当调整振荡和静置时间，但总处理时间不应超过24h，以防止细菌活性大幅度降低，影响后续微生物诱导碳酸钙沉淀效果。或，步骤(3)中，将所述胶结液喷洒至经步骤(1)和(2)处理的污染土体中，搅拌并静置不超过24h，再进行后续步骤。
14.优选地，步骤(2)中，所述菌液中的产脲酶细菌选自巴氏芽孢八叠球菌，所述菌液的液体培养基包括硫酸铵、酵母提取粉和三羟基甲基氨基甲苯，具体的，液体培养基包括10g/l硫酸铵、20g/l酵母提取粉和15.73g/l三羟基甲基氨基甲苯。菌种按照1～5％的体积分数接种至所述液体培养基后，再利用恒温振荡培养箱在30℃、200rpm条件下有氧培养24h。菌液在有氧培养24h后需立刻用于浸泡过程。菌液的初始电导率为9.6mmol/l/min，初始od600值为1.1。浸泡过程结束后的菌液的电导率为9.9mmol/l/min，od600值为1.2。进一步说明，重金属浓度适中，可保证细菌活性良好，若重金属浓度过高，可能会严重影响细菌活性，甚至导致细菌死亡，必要时需稀释重金属浓度后再进行菌液的浸泡过程。
15.优选地，步骤(2)中，将捕获有重金属的生物炭自污染水体中取出，用所述菌液浸泡所述生物炭，恒温振荡摇床的转速应控制为100～150rpm，温度优选为30℃，振荡时间控制为12h，确保生物炭均匀地捕获细菌。进一步说明，巴氏芽孢八叠球菌在30℃条件下活性最为理想，若选用其他菌种，需根据其特性调整浸泡过程中的温度。振荡完成后进行静置，静止时间控制为12h，确保细菌稳固地附着在生物炭上，生物炭充分捕获菌液中的产脲酶细菌，并保留生物炭于原位，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h。进一步说明，依据生物炭特性和重金属种类，可适当调整振荡和静置时间，但总处理时间不应超过24h，以防止细菌活性大幅度降低，影响后续微生物诱导碳酸钙沉淀效果。或，步骤(2)中，将所述菌液喷洒至经步骤(1)处理的污染土体中，搅拌，静置不超过24h，进行步骤(3)。
16.优选地，步骤(1)中，将生物炭添加至污染水体中，所述生物炭的重量和污染水体的体积的比例为1g：(150～300)ml，优选为1g：200ml，在恒温振荡摇床中振荡24h，其中，设置温度为25℃，转速为250rpm，以确保生物炭达到固定平衡，并把达到固定平衡的生物炭保留至原位；或，步骤(1)中，将所述生物炭均匀撒至污染土体的表面，所述生物炭的重量和污染土体的面积的比例为1g：(0.4～0.8)m2，并用耕地机将生物炭与污染土拌和均匀，待固定平衡后进行后续步骤。
17.优选地，所述生物炭为由植物秸秆经热解及研磨后获得的粉末或颗粒。具体的，在高温条件下将植物秸秆经热解及研磨后获得的粉末或颗粒以制成生物炭，本实施例中优选农业废弃物水稻秸秆作为生物炭原料，在缺氧环境下使用马弗炉将干燥粉碎后的水稻秸秆以10℃/min的速率升温到指定温度(300～700℃为宜)，并恒温1.5h，所得生物炭研磨并过70目筛。
18.在一具体且优选的实施例中，基于上述方法对污染水体的处理具体如下：
19.s101、将生物炭添加至污染水体中，振荡，使所述生物炭捕获水体中的重金属；
20.s102、将所述生物炭自水体中取出，用含巴氏芽孢八叠球菌的菌液浸泡所述生物炭，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，并静置，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h，使所述生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；
21.s103、将所述生物炭浸泡于所述胶结液中，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，且振荡时间和静置时间的总和为12～24h，使所述生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素的浓度为0.25～0.5mol/l。
22.在另一具体且优选的实施例中，基于上述方法对污染土体的处理具体如下：
23.s201、将生物炭均匀撒至污染土体的表面，搅拌，使所述生物炭捕获土体中的重金属；
24.s202、将含巴氏芽孢八叠球菌的菌液喷洒至污染土体中，搅拌，静置不超过24h，使土体中的所述生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；
25.s203、将胶结液喷洒至污染土体中，搅拌，使所述生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素的浓度为0.25～0.5mol/l。
26.本发明的有益效果如下：
27.本发明中，先将生物炭置于重金属污染水体或土体中，待达到固定平衡后，用含产脲酶菌的菌液对生物炭进行处理，生物炭吸收菌液，最后用胶结液对已充分固定重金属且充分吸收菌液的生物炭，引入产脲酶菌诱导在生物炭的微孔中沉淀碳酸盐，从而将吸附于生物炭的微孔中的重金属进行加固，极大地提高了生物炭固定重金属的效率和长期有效性，降低了生物炭固定重金属后的二次污染风险，在水体中处理完成后的生物炭可进行回收再利用，在土体中处理完成后的生物炭可增加土壤肥力，符合低碳、环保的生态发展理念。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为基于本发明实施例的方法处理污染水体的流程示意图；
30.图2为基于本发明实施例的方法处理污染土体的流程示意图；
31.图3为本发明实施例1中micp处理前后，铅固定平衡的生物炭实际状态示意图；
32.图4为未经micp处理、实施例1及实施例2处理所得生物炭的铅萃取试验结果图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.本实施方式提供一种基于生物炭固定重金属的方法，其利用微生物诱导碳酸钙沉淀(micp))技术提高生物炭固定重金属的稳定性。micp技术以环境中广泛存在的微生物和钙离子为原料，具有绿生态环保的优势，其核心是利用从天然土壤环境中分离出来的产脲酶细菌(以巴氏孢子菌为例)，通过一系列反应(式(1-5))将尿素水解并与ca
2+
形成碳酸盐。
36.co(nh2)2+2h2o
→
h2co3+2nh3ꢀꢀꢀ
(1)
[0037][0038][0039][0040][0041]
micp固定重金属主要过程包括包裹和沉淀作用，这些作用对重金属的固定要显著强于物理吸附和阳离子交换作用。micp技术可以借助微生物的反应过程在固定平衡的生物炭上制成一种可抵御外界环境变化的碳酸钙表面层，保护屏障，从而实现重金属的长效固定。
[0042]
上述方法包括如下步骤：
[0043]
步骤一：将生物炭和污染水体或污染土体混合，使生物炭捕获重金属；
[0044]
具体的，在高温条件下将植物秸秆经热解及研磨后获得的粉末或颗粒以制成生物炭，本实施例中优选农业废弃物水稻秸秆作为生物炭原料，在缺氧环境下使用马弗炉将干燥粉碎后的水稻秸秆以10℃/min的速率升温到指定温度(300～700℃为宜)，并恒温1.5h，所得生物炭研磨并过70目筛。将生物炭添加至污染水体中，生物炭的重量和污染水体的体积的比例为1g：(150～300)ml，优选为1g：200ml，在恒温振荡摇床中振荡24h，其中，设置温度为25℃，转速为250rpm，以确保生物炭达到固定平衡，并把达到固定平衡的生物炭保留至原位。
[0045]
若是在土壤污染环境中，需将生物炭均匀的撒至土壤表面，生物炭的重量和污染土体的面积的比例为1g：(0.4～0.8)m2，并用耕地机将生物炭与污染土拌和均匀，待固定平衡后进行后续步骤。
[0046]
本实施例中选用危害性较强、治理难度较大且污染范围广的铅作为待固定重金属，铅污染溶液中包含pb(no3)2和nano3。pb(no3)2的浓度控制为3～20mmol/l为宜，nano3的浓度控制在0.01mol/l为宜。在实际应用过程中重金属污染成分及浓度以实际污染情况为准，生物炭固定重金属的能力受到原材料、热解温度、重金属离子种类等的影响，需要选用合适的生物炭固定重金属以确保生物炭达到良好的重金属捕获效果，从而顺利地开展micp
处理的后续步骤。
[0047]
步骤二：将含脲酶细菌的菌液和步骤一中捕获有重金属的生物炭混合，使生物炭捕获菌液中的产脲酶细菌；
[0048]
本实施例中菌液中的产脲酶细菌选自巴氏芽孢八叠球菌，菌液所使用的液体培养基包括10g/l硫酸铵、20g/l酵母提取粉和15.73g/l三羟基甲基氨基甲苯。将菌种按1～5％的体积分数接种至已经充分进行高温灭菌的液体培养基后，再利用恒温振荡培养箱在30℃、200rpm条件下有氧培养24h。菌液在有氧培养24h后需立刻用于浸泡过程。菌液的初始电导率为9.6mmol/l/min，初始od
600
值为1.1。浸泡过程结束后的菌液的电导率为9.9mmol/l/min，od
600
值为1.2。进一步说明，重金属浓度适中，可保证细菌活性良好，若重金属浓度过高，可能会严重影响细菌活性，甚至导致细菌死亡，必要时需稀释重金属浓度后再进行菌液的浸泡过程。
[0049]
将捕获有重金属的生物炭自污染水体中取出，用菌液浸泡生物炭，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，恒温振荡摇床的转速应控制为100～150rpm，温度优选为30℃，振荡时间控制为12h，确保生物炭均匀地捕获细菌。进一步说明，巴氏芽孢八叠球菌在30℃条件下活性最为理想，若选用其他菌种，需根据其特性调整浸泡过程中的温度。振荡完成后进行静置，静止时间控制为12h，确保细菌稳固地附着在生物炭上，生物炭充分捕获菌液中的产脲酶细菌，并保留生物炭于原位，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h。进一步说明，依据生物炭特性和重金属种类，可适当调整振荡和静置时间，但总处理时间不应超过24h，以防止细菌活性大幅度降低，影响后续微生物诱导碳酸钙沉淀效果。
[0050]
若是在土壤污染环境中，需将菌液喷洒至步骤一处理后的污染土体中，搅拌并静置不超过24h，再进行后续步骤。
[0051]
步骤三：将胶结液和步骤二中捕获有产脲酶细菌的生物炭混合，静置反应，使产脲酶细菌和胶结液反应。
[0052]
胶结液为氯化钙溶液和尿素溶液组成的混合溶液，其中，氯化钙溶液的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素溶液的浓度为0.25～0.5mol/l。进一步说明，偏高的尿素浓度和适中的氯化钙浓度为适宜的胶结液浓度，可以促使微生物在生物炭表面生成较为理想的碳酸盐沉淀保护外壳。最优选的氯化钙浓度为0.3mol/l，尿素浓度为0.5mol/l，该浓度条件下，micp技术发挥了最大作用。
[0053]
生物炭的重量和胶结液的体积的比例为1g：(200～400)ml，优选为1:300，用胶结液浸泡步骤二中捕获细菌后的生物炭，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，恒温振荡摇床的转速应控制为100～150rpm，甚至更低，确保碳酸钙稳固地在生物炭上沉淀，温度优选为30℃，确保细菌的活性。进一步说明，巴氏芽孢八叠球菌在30℃条件下活性最为理想，若选用其他菌种，需根据其特性调整浸泡过程中的温度。振荡时间和静置时间的总和为12～24h，若生物炭上的细菌活性较强或胶结速度较快，可缩短振荡与静置的时间。以一个具体实施例为例，选用巴氏芽孢八叠球菌且控制尿素浓度为0.25mol/l、氯化钙浓度为0.3mol/l，振荡时间控制为12h，静置时间为12h。
[0054]
若是在土壤污染环境中，需将菌液和胶结液先后喷洒至土壤表面，并配合耕地机将菌液和胶结液与污染土拌和均匀。待胶结完成后，在生物炭表面生成的碳酸钙沉淀可以有效帮助生物炭抵御外界环境变化，尤其是酸雨淋洗，从而提高生物炭固定重金属的长期
有效性。另外，生物炭在土壤环境中可以提高土壤肥力，碳酸钙的胶结作用也可以提高土壤的强度。
[0055]
进一步说明，步骤二中的菌液和步骤三中的胶结液，可能会导致生物炭上所固定的重金属迁移至溶液中，具有一定的污染风险，控制胶结液浓度是降低风险的方法之一。在已知的实施中铅的迁移率最低可控制为5.72％。
[0056]
总结而言，基于上述方法可以对污染水体进行处理，去除其中的重金属并通过micp强化将重金属固定在生物炭中。如图1所示，基于上述方法对污染水体的处理过程具体包括：
[0057]
s101、将生物炭添加至污染水体中，振荡，使生物炭捕获水体中的重金属；
[0058]
s102、将生物炭自水体中取出，用含巴氏芽孢八叠球菌的菌液浸泡生物炭，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，并静置，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h，使生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；
[0059]
s103、将生物炭浸泡于胶结液中，置于25～35℃的恒温振荡摇床中振荡，且振荡时间和静置时间的总和为12～24h，使生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和胶结液反应，其中，胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素的浓度为0.25～0.5mol/l。
[0060]
基于上述方法可以对污染水体进行处理，去除其中的重金属并将重金属固定在生物炭中。
[0061]
如图2所示，基于上述方法对污染水体的处理过程具体包括：
[0062]
s201、将生物炭均匀撒至污染土体的表面，搅拌，使生物炭捕获土体中的重金属；
[0063]
s202、将含巴氏芽孢八叠球菌的菌液喷洒至污染土体中，搅拌，静置不超过24h，使土体中的生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；
[0064]
s203、将胶结液喷洒至污染土体中，搅拌，使生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和胶结液反应，其中，胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05～0.5mol/l，尿素的浓度为0.25～0.5mol/l。
[0065]
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下述中，如无所述说明，所有的原料来自于商购或者按照本领域常规方法制备而得。
[0066]
实施例1
[0067]
该实施例采用micp技术对铅固定平衡的水稻秸秆生物炭进行表面处理，具体步骤如下：
[0068]
1)水稻秸秆生物炭固定铅：将水稻秸秆生物炭取0.1g加至含有浓度为5mmol/l的pb(no3)2和0.01mol/l nano3的20ml溶液的离心管中，在25℃、250rpm条件下振荡24h，待固定平衡后离心并去除上清液。
[0069]
2)菌液浸泡生物炭：用30ml已接种24h的巴氏芽孢八叠球菌菌液浸泡1)中所得生物炭，并在30℃的恒温振荡摇床中以150rpm转速振荡菌液与生物炭的混合液12h，再静置12h，确保生物炭充分捕获菌液中的细菌，并去除上清液。
[0070]
3)胶结液浸泡生物炭：用30ml胶结液(尿素浓度为0.5mol/l，氯化钙浓度为
0.3mol/l)立刻浸泡2)中所得生物炭，并置于30℃的恒温振荡摇床中以100rpm转速振荡胶结液与生物炭的混合液12h，并静置12h，以确保微生物可以充分且稳定地与胶结液中各成分反应。
[0071]
胶结液浸泡生物炭后，生物炭表面即形成碳酸钙表面屏障，该屏障有助于提高生物炭抵御环境变化的能力。图3为该实施例在micp处理前后，铅固定平衡的水稻秸秆生物炭的实际状态示意图。
[0072]
通过简化的连续萃取法对上述所得的生物炭烘干样进行分步铅萃取实验，以测得每种生物炭上的可交换态铅、酸可溶态铅和稳定的非生物可利用铅的含量。第一步是在0.1g生物炭中加入8ml 0.5mol/l mgcl2溶液(ph＝7.0)并室温振荡20min，以萃取可交换态铅；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)并室温振荡5h,以萃取可交换态铅和酸可溶态铅。收集萃取溶液上清液并稀释酸化，并使用电感耦合等离子体发射光谱仪(icp-oes)检测溶液中的铅浓度。第一步可得可交换态铅的含量q1(mg/g)；第二步可得可交换态和酸可溶态铅的总量q2，q1与q2的差值即为酸可溶态铅的含量。非生物可利用铅的含量可由总固定量qe减去q2计算得到。图4为micp处理前后生物炭上各形态铅占比的变化量，由此可判断micp处理后生物炭固定铅的稳定性是否有提高。
[0073]
试验结果表明：由图4可知，按照上述步骤用micp技术处理生物炭后，生物炭固定铅的稳定性获得了显著提升。各形态铅的占比变化为：可交换态铅1.8％降低至0.2％，酸可溶态铅由94.7％降低至7.5％，稳定态铅由3.5％提升至92.3％。
[0074]
实施例2
[0075]
本实施例与实施例1的区别在于胶结液。具体地，该实施例采用尿素浓度为0.25mol/l、氯化钙浓度为0.1mol/l的胶结液浸泡生物炭。采用的产脲酶菌、生物炭种类和重金属种类与实施例1相同，生物炭固定重金属及micp处理步骤及试各形态占比的测试手段也与实施例1完全一致。
[0076]
该实施例中的生物炭经过micp处理后分布铅萃取实验的结果表明，经micp处理后，生物炭固定铅的稳定性获得了较为显著的提升。各形态铅的占比变化为：可交换态铅1.78％降低至1.5％，酸可溶态铅由94.73％降低至39％，稳定态铅由3.49％提升至52.5％。实施例1和2中生物炭长期有效性提高的原因主要归因于生物炭上的碳酸钙表面屏障的物理包裹和化学缓冲缓冲作用。
[0077]
综上所述，相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0078]
(1)本发明尤其在提高生物炭固定重金属的长期有效性方面有显著优势，通过借助产脲酶菌的生物反应过程，在生物炭上制成具有抵御外界环境变化的碳酸钙表面层，克服了现有生物炭改性技术的机械性和生物炭固定稳定性不足的缺点，并且micp技术处理后的生物炭不易受环境ph值的影响，具有良好的固定效率和长期有效性。
[0079]
(2)本发明属于一种符合可持续发展理念的土体固化技术，所使用的产脲酶细菌广泛分布于自然界的土体中，不会对生态环境造成污染；所使用的生物炭原材料为水稻秸秆，来源广泛，成本低廉，且一定程度上避免了农业废弃物大量非规范性焚烧，降低了能源消耗和碳排放。
[0080]
(3)本发明所采用的micp强化生物炭固定重金属的技术相比于现有的生物炭改性技术而言，能够有更快的强化速度和更简约的强化流程，一般而言，从捕获细菌到碳酸钙沉
淀完成仅需要约48h，短时间的微生物处理后可以强化生物炭上的可交换态和酸可溶态重金属的固定，促使稳定部分的重金属占主导地位。
[0081]
(4)本发明可满足土体和水体的重金属污染场所的治理，施工难度低，设备需求量低，投入成本低，维护周期长，治理效果明显。
[0082]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将生物炭和污染水体或污染土体混合，使所述生物炭捕获重金属；（2）将含脲酶细菌的菌液和步骤（1）中捕获有重金属的生物炭混合，使所述生物炭捕获菌液中的产脲酶细菌；（3）将胶结液和步骤（2）中捕获有产脲酶细菌的生物炭混合，使所述产脲酶细菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液包括氯化钙和尿素。2.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述生物炭的重量和所述胶结液的体积的比例为1g：（200~400）ml。3.根据权利要求1或2所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05~0.5 mol/l，尿素的浓度为0.25~0.5 mol/l。4.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（3）中，将所述生物炭浸泡于所述胶结液中，置于25~35℃的恒温振荡摇床中振荡，且振荡时间和静置时间的总和为12~24h；或，步骤（3）中，将所述胶结液喷洒至经步骤（1）和（2）处理的污染土体中，搅拌。5.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述菌液中的产脲酶细菌选自巴氏芽孢八叠球菌，所述菌液的液体培养基包括硫酸铵、酵母提取粉和三羟基甲基氨基甲苯，菌种按照1~5%的体积分数接种至所述液体培养基，有氧培养获得所述菌液，所述菌液的od
600
值大于或等于1.1。6.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（2）中，将捕获有重金属的生物炭自污染水体中取出，用所述菌液浸泡所述生物炭，置于25~35℃的恒温振荡摇床中振荡，并静置，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h；或，步骤（2）中，将所述菌液喷洒至经步骤（1）处理的污染土体中，搅拌，静置不超过24h，进行步骤（3）。7.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，步骤（1）中，将生物炭添加至污染水体中，所述生物炭的重量和污染水体的体积的比例为1g：（150~300）ml，振荡；或，步骤（1）中，将所述生物炭均匀撒至污染土体的表面，所述生物炭的重量和污染土体的面积的比例为1g：（0.4~0.8）m2，搅拌。8.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，所述生物炭为由植物秸秆经热解及研磨后获得的粉末或颗粒。9.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，对污染水体的处理具体如下：s101、将生物炭添加至污染水体中，振荡，使所述生物炭捕获水体中的重金属；s102、将所述生物炭自水体中取出，用含巴氏芽孢八叠球菌的菌液浸泡所述生物炭，置于25~35℃的恒温振荡摇床中振荡，并静置，且振荡时间和静置时间的总和小于或等于24h，使所述生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；s103、将所述生物炭浸泡于所述胶结液中，置于25~35℃的恒温振荡摇床中振荡，且振荡时间和静置时间的总和为12~24h，使所述生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05~0.5 mol/l，尿素的浓度为0.25~0.5 mol/l。
10.根据权利要求1所述的基于生物炭固定重金属的方法，其特征在于，对污染土体的处理具体如下：s201、将生物炭均匀撒至污染土体的表面，搅拌，使所述生物炭捕获土体中的重金属；s202、将含巴氏芽孢八叠球菌的菌液喷洒至污染土体中，搅拌，静置不超过24h，使土体中的所述生物炭捕获巴氏芽孢八叠球菌；s203、将胶结液喷洒至污染土体中，搅拌，使所述生物炭中的巴氏芽孢八叠球菌和所述胶结液反应，其中，所述胶结液为氯化钙和尿素的混合溶液，氯化钙的浓度为0.05~0.5 mol/l，尿素的浓度为0.25~0.5 mol/l。
技术总结
本发明公开了一种基于生物炭固定重金属的方法，其包括如下步骤：（1）将生物炭和污染水体或污染土体混合，使生物炭捕获重金属；（2）将含脲酶细菌的菌液和步骤（1）中捕获有重金属的生物炭混合，使生物炭捕获菌液中的产脲酶细菌；（3）将胶结液和步骤（2）中捕获有产脲酶细菌的生物炭混合，静置反应，使产脲酶细菌和所述胶结液反应，其中，胶结液包括氯化钙和尿素。本发明提高了生物炭固定重金属的效率和长期有效性，降低了生物炭固定重金属后的二次污染风险。险。
