鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:四川省科技计划()作者简介:孙乔()男山东青岛人西南石油大学在读硕士师从邱海燕副教授主要从事土壤修复研究 电话:.通信作者:邱海燕副教授鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的研究孙乔邱海燕兰贵红徐波李瑞丰邓春萍(西南石油大学 化学化工学院四川 成都)摘 要:考察鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的效果并评价其对土壤环境的影响 结果表明浓度为.的鼠李糖脂发酵液在固液比为 /时淋洗镉污染土壤 后镉去除率达到.连续淋洗 次后镉去除率达到.而且与 和柠檬酸淋洗土壤相比鼠李糖脂发酵液对土壤的破坏最小并且能够增加土壤中的钾、钙、镁元素和有机碳、碱解氮、有效磷等营养元素有效改善土壤环境关键词:鼠李糖脂土壤镉淋洗中图分类号:文献标识码:文章编号:()():./.:以镉污染为代表的重金属污染是我国耕地的主要污染类型 重金属污染土壤的修复技术有客土法、化学淋洗、化学钝化和植物修复等 其中化学淋洗工艺简单易行、能高效彻底去除重金属但常用的、柠檬酸等淋洗剂会严重破坏土壤性质和结构、导致养分和主要元素的大量流失 鼠李糖脂去除重金属的同时能改善土壤环境、刺激植物生长但是鼠李糖脂的生产、分离困难本文探究了一种鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的效果比较了、柠檬酸、鼠李糖脂发酵液()淋洗后的土壤性质和结构评估了鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的可行性 实验部分.材料与仪器供试土壤取自西南石油大学三期(.)表层土剔除杂质、风干后过 筛氯化镉、乙二胺四乙酸二钠()、柠檬酸()均为分析纯鼠李糖脂发酵液()自制所有溶液均用去离子水制备 可见分光光度计 傅里叶红外光谱仪 原子吸收分光光度计 射线衍射仪.实验方法.污染土壤配制 氯化镉溶液配制供试镉污染土壤避光老化半年保持 含水率并定期搅拌 污染土壤的理化指标:值.土壤 有 机 质(.)有 效 磷(.)/碱解氮(.)/电导率(.)/阳离子交换量()(.)/、镉浓度(.)/.淋洗液配制将发酵液于 /应用化工第 卷下离心 收集清液用去离子水稀释得到不同浓度的 鼠李糖脂浓度采用硫酸蒽酮显色法测定.淋洗实验 于 玻璃锥形瓶中加入.镉污染土壤和 浓度.的 在 、/的条件下淋洗 取上清液测定镉离子浓度.土壤指标测定收集最佳淋洗条件下、和 单次淋洗后的土壤在.使用 软件处理实验数据进行显著性分析(.)时使用 软件 的分析使用 软件 结果与讨论.淋洗实验为了确定最佳单次淋洗条件对 浓度、固液比和淋洗时间 种影响因素进行了探究.浓度对镉去除的影响图 为不同 浓度对应的镉去除率图 浓度对镉去除率的影响.由图 可知随着 浓度的增加污染土壤中的镉去除效率快速增长并且在浓度.时达到最大但是随着 浓度的继续增加土壤中的镉去除率呈下降趋势 因为鼠李糖脂和土壤的吸附会降低去除率 鼠李糖脂主要通过羧基和羟基等亲水基团络合镉但是链烃等疏水基团会吸附在土壤表面并且随着浓度的增加超过临界胶束浓度时鼠李糖脂形成胶束更容易吸附在土壤表面.固液比对镉去除的影响使用.的 淋洗时固液比(土壤/)对镉去除率的影响见图 图 固液比对镉去除率的影响.由图 可知随着固液比的增加污染土壤中的镉去除效率快速增长且在固液比为 /时达到最大继续增加固液比去除率显著(.)下降 可能是因为土壤中易迁移转化的镉已经在 /时被有效提取继续增加固液比也难以解吸与土壤结合牢固的镉反而可能造成更多的鼠李糖脂被土壤吸附.淋洗时间对镉去除的影响确定最佳 浓度和固液比后淋洗时间对镉去除的影响见图 图 淋洗时间对镉去除率的影响.由图 可知在淋洗 时镉去除效率达到最大继续增加淋洗时间土壤会吸附更多鼠李糖脂造成去除率降低最终确定单次淋洗的最佳条件为:浓度.固液比 /淋洗时间 .淋洗次数对镉去除的影响鼠李糖脂会在淋洗土壤过程中被吸附故本文探究了 多次淋洗镉污染土壤的两种模式第一种使用 连续多次淋洗第二种使用 和去离子水交替淋洗结第 期孙乔等:鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的研究果见图 图 淋洗次数对污染土壤镉去除率的影响.由图 可知使用第一种淋洗模式(连续淋洗)的效果更好且第 次淋洗去除率的增幅要高于第 次淋洗的增幅 可能因为前两次洗涤中土壤吸附鼠李糖脂接近饱和所以第 次淋洗吸附的鼠李糖脂更少去除率的增幅更大.、和 的淋洗效果对比使用./的 和 分别淋洗污染土壤比较 种淋洗剂的淋洗效果结果见图 图 、和 的淋洗效果对比.由图 可知虽然 淋洗后的镉去除率仅为.但是 连续淋洗 次后的镉去除率达到.接近 和 淋洗后的镉去除率 淋洗、淋洗和 连续 次淋洗后土壤中镉的形态分布见图 由图 可知可氧化态和残渣态的镉浓度与未淋洗的镉污土相比没有变化 种淋洗剂主要去除的是酸可提取和可还原态的镉 动植物对这两种形态的镉利用率更高危害更大 虽然 的镉去除率要略低于 和 但是去除的是危害高的镉所 以 仍 然 具 有 很 大 的 潜 力 已 有 研 究 表明与 等淋洗剂相比鼠李糖脂具有更好的生物可降解性和更小的土壤破坏性但是 没有进行提纯含有大量培养基成分和微生物代谢产物所以后续讨论其对土壤的影响图 土壤中镉的形态分布.对土壤的影响.淋洗前后离子浓度的变化淋洗前后的 分别过.的滤头使用原子吸收分光光度计测定溶液中的、浓度结果见图 理论值为未发酵培养基中计算的离子浓度图 淋洗前后离子浓度的变化.由图 可知发酵后(即淋洗前)的 中各类阳离子较理论值均有一定程度的下降 因为在发酵过程中微生物利用了一部分无机离子钾、钙、镁离子浓度在淋洗后均有下降但是钠离子和铁离子的浓度有一定的上升 说明 虽然会导致土壤中小部分钠和铁元素的流失但是有利于增加土壤中的钾、钙、镁元素.和 表征 图 为经过 淋洗后土壤中的官能团变化 由图 可知镉污土经 淋洗后明显增加了鼠李糖脂相对应的吸收峰 其中 .和应用化工第 卷.分别对应 伸缩振动的反称和对称吸收峰.则对应羧酸盐的特征吸收 将淋洗后的土壤收集后自然放置 对应的吸收峰明显降低说明 具有良好的生物可降解性 的表征结果见图 由图 可 知 实 验 所 用 土 壤 主 要 由 石 英()、钠长石(.)(.)、白云 母(.)(.)(.)()和斜绿泥石()()()组成 对比、和 种淋洗剂淋洗后的土壤可知 和 淋洗后的土壤 的衍射峰更加明显而 淋洗后的土壤钠长石的衍射峰更明显 说明它们破坏了其他组分使得土壤中的矿物组分占比更大、衍射峰更明显其中 的破坏作用最大 次之 对土壤的破坏并不明显图 淋洗后土壤的()和()表征.()().淋洗后土壤性质变化为了进一步探究 对土壤的影响对 淋洗后土壤的有机碳浓度、碱解氮含量、有效磷浓度和 值进行了测定并与 和 淋洗后的土壤比较结果见图 由图 可知 淋洗后的土壤有机碳浓度从.增加到.碱解氮浓度从./增加到./有效磷浓度从./增加到./对土壤营养环境的改善明显优于 和 图 淋洗后土壤理化指标的变化.有机碳.碱解氮.有效磷.值 和 淋洗后的土壤 分别为.和.淋洗后的土壤 为.都会降低营养元素的有效性 但是在酸性土壤环境中细菌和放线菌等微生物的活性会降低对土壤环境的破坏更大 所以 与 和 相比具有更高的环境友好性 结论()鼠李糖脂发酵液()淋洗镉污染土壤的最佳条件为:溶液浓度为.固液比为 /淋洗时间为 单次淋洗的镉去除率为第 期孙乔等:鼠李糖脂发酵液淋洗镉污染土壤的研究.次淋洗的镉去除率为.且主要去除酸可提取态和可还原态的镉()淋洗土壤会导致钠和铁元素的流失但会补充土壤中的钾、钙、镁等元素 且与 和柠檬酸()相比 对土壤的破坏更小()与 和 相比 淋洗后的土壤有机碳、碱解氮、有效磷等营养元素增加更明显有利于改善土壤环境 淋洗镉污染土壤具有良好的应用前景参考文献:.:.颜加情周书葵段毅等.电动淋洗联合修复重金属污染土壤研究进展.应用化工():.夏张何苑静高康宁等.三种淋洗剂淋洗脱除土壤中、的效果研究.应用化工():.郭丹丹翟小伟.磷酸改性生物炭对土壤中 和 钝化特性.应用化工():.:.:.:.:.():.张宇吴春发张锦路等.不同淋洗剂淋洗对镉污染农田土壤微生物群落结构的影响.环境科学学报():.王凌文王辛男王宁浩等.土壤异位淋洗对微生物群落结构的影响.环境科学与技术():.师崇文余倩邬建勋等.淋洗和淋滤下鼠李糖脂对酸性镉污染土壤的修复效果试验研究.安全与环境工程():.冯艳修建龙伊丽娜等.鼠李糖脂产量的提高及采油应用研究.应用化工():.:.范强.转化餐厨废油用于提高原油采收率的研究.成都:西南石油大学:.:.():.王程程.鼠李糖脂生产菌的筛选、鉴定及发酵条件优化.泰安:山东农业大学:.中华人民共和国环境保护部.土壤 有机碳的测定 重铬酸钾氧化分光光度法:.北京:中国环境科学出版社:.中华人民共和国环境保护部.土壤 有效磷的测定 碳酸氢钠浸提钼锑抗分光光度法:.北京:中国环境科学出版社:.国家林业局.森林土壤氮的测定:/.北京:中国标准出版社:.中华人民共和国农业部.土壤中 值的测定:/.北京:中国农业出版社:.():.黄翔峰杨硕陆丽君等.鼠李糖脂淋洗法去除土壤中重金属研究进展.四川环境():.王贺亚.表面活性剂在污染场地修复中的应用.广州化工():.:.王宗明何欣翔孙殿卿.实用红外光谱学.版.北京:石油工业出版社:.鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科技出版社:.钟为章陈赛男李月等.好氧堆肥对抗生素抗性基因的消长影响研究进展.应用化工():.