CN102886374A - 利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,控制土壤的含水率保持在27~33%,在阴电解池添加浓度为0.5~4g/L的鼠李糖脂溶液,阳电解池加入去离子水,在污染物重金属As的富集处设置重量比例为3~5:10粉煤灰陶粒和细沙的可渗透反应墙,接通电源对As污染土壤进行电动修复。本发明选用的碱性的鼠李糖脂溶液,能将重金属As的去除率提升至28.53%,其中可渗透反应墙可将重金属As总去除率进一步提升至约为40%,对去除率的贡献比接近90%,证明了电动修复+可渗透反应墙可提升重金属As去除率。本方法操作条件简单、易于实施、应用范围广、成本低、效率高,对重金属As污染土壤的修复具有较好的社会效益和生态效益。
Description
技术领域
本发明属于微生物应用技术领域和环境技术领域,涉及一种利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一,也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加,土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染物主要以铅、汞、铬、砷、镉、镍及其化合物为主,土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点,并可通过水、植物等介质经人的消化道摄入、呼吸道吸入、皮肤吸收等进入人体。重金属污染物进入人体后,砷会使皮肤色素沉着,导致异常角质化;镉会导致高血压,引起心脑血管疾病,破坏骨钙,引起肾功能失调。
目前,环境中重金属污染危害已经成为一个全球性的问题。由于我国重金属污染土壤的面积不断增加,污染程度不断加深,导致土壤重金属污染进入集中爆发期,其中,重金属镉和砷具有高毒性、分布广泛的特点,并对人和动植物的生长发育具有严重危害。土壤重金属镉和砷污染主要来自电镀厂、染料行业、矿冶过程、电池生产、制革、影片制造及汽车制造等部门。重金属镉和砷污染土壤在土壤中分别以阳、阴离子形式存在,化学行为迥异,二者在土壤中的复合污染修复研究报道也甚少,对民众的健康和社会的稳定构成了一定的威胁,因此,找到一种快速、可行的修复技术迫在眉睫。近年来,重金属的电动修复技术作为一种绿色的修复技术兴起。阳离子型重金属的电动修复技术蓬勃发展,但阴离子型重金属离子研究甚少,生物修复技术是环境领域近年发展起来的处理重金属污染废水的新技术,鼠李糖脂是一种较优的电动修复添加剂,但目前尚未在As污染土壤中应用。
发明内容
本发明的目的是:针对土壤重金属砷污染的修复现有技术存在的不足,提供一种操作条件简单、易于实施、应用范围广、成本低、效率高的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法。
本发明是这样实现的:
一种利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,在一定距离内设置阳电解池和阴电解池,每个电解池配置石墨电极并与稳压直流电源以及万用表连接,阴电解池添加鼠李糖脂溶液,阳电解池加入去离子水,在污染物重金属As的富集处设置可渗透反应墙,接通电源对As污染土壤进行电动修复,操作步骤是:
(1)配制鼠李糖脂水溶液:采用去离子水、鼠李糖脂和pH调节剂充分溶解制成鼠李糖脂水溶液备用;
(2)As污染土壤的处理:将去离子水均匀喷洒在As污染土,使土壤的含水率保持在27~33%;
(3)制备可渗透反应墙:采用粉煤灰陶粒和细沙混合均匀,装入封口袋制成可渗透反应墙备用;
(4)电动修复As污染土壤:在As污染土壤处理地块设置阳电解池和阳石墨电极一个,阴电解池和石墨电极一个以上,阳电解池和阴电解池的石墨电极与设置有万用表的稳压直流电源连接,在接近阳电解池的污染土壤中设置可渗透反应墙,在需处理的Cd污染土壤与阴、阳两个电解池之间设置滤布,阴电解池内加入鼠李糖脂溶液,阳电解池内加入去离子水,接通电源对As污染土壤进行电动修复。
以上所述的鼠李糖脂购自湖州紫金生物科技有限公司产品或市售鼠李糖脂产品,使用浓度为0.5~4g/L。
以上所述的pH调节剂包括能溶于水发生完全电离的盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡。
以上所述的粉煤灰陶粒购自中国科陶轻建粉煤灰陶粒技术研究院,其成份主要为49.26%SiO2,36.56%Al2O3,7.98%Fe2O3和CaO,粒径为0.5-1mm范围之内,或者市售的粉煤灰陶粒。
以上所述的可渗透反应墙的粉煤灰陶粒和细沙重量比例为3~5:10。
以上所述的阴阳两个电解池池体长:宽:高比例为8:8:1,阳极电解池过水口设置滤布,阴极电解池采用陶瓷材料。
以上所述的处理地块阳电解池和阴电解池的设置为线形、三角形、Y形、方形和棱形。
以上所述的封口袋包括编织袋和布袋。
以上所述的滤布包括过滤布、过滤纸、编织袋、挡阳网和化纤布。
以上所述的石墨电极直径为0.03~0.05米、长为0.06米。
以上所述的稳压直流电源的电压量程范围为0~120V。
土壤基本理化性质测定方法:
(1)土壤粒径分布的测定:参照美国公布的土壤粒径标准分析方法ASTM D422,采用TM-85型土壤比重计测定。
(2)土壤pH的测定:土壤用纯水重量比为1:2.5浸提,采用德国WTW公司的便携式340i型pH计测定。
(3)EC的测定:用1:10重量比的土壤和纯水充分搅拌后,采用上海雷磁电导率仪DDS-307型测定。
(4)土壤有机质含量的测定:参照《土壤农业化学分析方法》中的水合热重铬酸钾氧化-比色法。
(5)CEC测定:采用应用广泛的1mol·L-1乙酸铵交换法(GB7863-87)。
本发明的优点和积极效果:
1、本发明是一种利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,在电场作用下由阴极迁移至As污染土壤的鼠李糖脂水溶液,改变了As污染土壤的表面结构。已有技术的酸性鼠李糖脂溶液,对重金属As的去除率很低,最高只有9%。本发明选用的碱性的鼠李糖脂溶液,能将重金属As的去除率提升至28.53%。
2、本发明选用的粉煤灰陶粒作为可渗透反应墙的吸附剂,重金属As总去除率约为40%,其中可渗透反应墙的对去除率的贡献比接近90%,证明了电动修复+可渗透反应墙可提升重金属As去除率。
3、本发明方法操作条件简单、易于实施、应用范围广、成本低、效率高,对重金属As污染土壤的修复具有较好的社会效益和生态效益。
具体实施方式
实施例1
称取质量含量90%的鼠李糖脂10公斤加入溶解器中,再加入适量的去离子水加热搅拌溶解,再加入pH调节剂盐酸或/和氢氧化钠调节pH为8,配制成浓度0.5g/L,冷却得到鼠李糖脂水溶液备用。采用煤灰陶粒和细沙按重量比例为3:10混合均匀,细沙的作用是延长重金属As渗透反应墙中的停留时间,装入编织袋的封口袋中制成可渗透反应墙备用。在需要处理的As污染土壤中长为8米地带的两端分别设置用陶瓷材料制作的阴极电解池池体,阴极电解池池体的长为0.4米、宽为0.4米、高为0.05米,向需要处理的As污染土壤接近阳电解池处设置过水口,过水口设置可渗透反应墙,分别在处理的As污染土壤与阴、阳两个电解池之间设置过滤纸隔离土壤和电解池溶液,两个阴极电解池内分别加入鼠李糖脂水溶液;两个阴极电解池之间设置采用聚氯乙烯制作的阳极电解池,阳极电解池内加入去离子水,电解池内设置直径为0.03米、长为0.06米的石墨电极,各个石墨电极按常规与一个110v电压稳压直流电源以及万用表连接,土壤的含水率保持在27%,接通电源对As污染土壤进行电动修复。电动修复运行过程中每4小时进行电流监测一次。通电后在由于电渗流由阳极流向阴极,导致阳极电解池的溶液不断减少,因而每隔12h向阳极电解池补充去离子水,以保证阳极电解池维持一定溶液量,并定期排出阴极的电渗液,储存待测。电动修复结束后,将土柱从阳极电解池至阴极电解池分为五部分,并从电动修复土壤不同点进行取样,烘干,混匀,进行pH值以及重金属含量的分析,电动修复土壤含401.29mg kg-1,重金属As总去除率为38.5%,其中可渗透反应墙的对去除率的贡献比为85.5%,证明了电动修复+可渗透反应墙可提升重金属As去除率。
实施例2
称取质量含量90%的鼠李糖脂10公斤加入溶解器中,再加入适量的去离子水加热搅拌溶解,再加入pH调节剂盐酸或/和氢氧化钾调节pH为9,配制成浓度2g/L,冷却得到鼠李糖脂水溶液备用。采用煤灰陶粒和细沙按重量比例为4:10混合均匀,细沙的作用是延长重金属As渗透反应墙中的停留时间,装入布袋的封口袋中制成可渗透反应墙备用。在需要处理的As污染土壤中长为8平方米地带的四个角分别设置用陶瓷材料制作的阴极电解池池体,四个阴极电解池池体的长为0.48米、宽为0.48米、高为0.06米,向需要处理的As污染土壤接近阳电解池处设置,过水口,过水口设置可渗透反应墙,分别在处理的As污染土壤与阴、阳两个电解池之间设置过滤布隔离土壤和电解池溶液,四个阴极电解池内分别加入鼠李糖脂水溶液;在需要处理的As污染土壤中心点设置采用聚氯乙烯制作的阳极电解池,阳极电解池内加入去离子水,电解池内设置直径为0.04米、长为0.06米的石墨电极,各个石墨电极按常规与一个120v电压稳压直流电源以及万用表连接,土壤的含水率保持在30%,接通电源对As污染土壤进行电动修复。电动修复运行过程中每3小时进行电流监测一次。通电后在由于电渗流由阳极流向阴极,导致阳极电解池的溶液不断减少,因而每隔12h向阳极电解池补充去离子水,以保证阳极电解池维持一定溶液量,并定期排出阴极的电渗液,储存待测。电动修复结束后,将土柱从阳极电解池至阴极电解池分为五部分,并从电动修复土壤不同点进行取样,烘干,混匀,进行pH值以及重金属含量的分析,电动修复土壤含408.67mgkg-1,重金属As总去除率为42.3%,其中可渗透反应墙的对去除率的贡献比为91%,证明了电动修复+可渗透反应墙可提升重金属As去除率。
实施例3
称取质量含量90%的鼠李糖脂10公斤加入溶解器中,再加入适量的去离子水加热搅拌溶解,再加入pH调节剂硝酸或/和氢氧化钙调节pH为10,配制成浓度4g/L,冷却得到鼠李糖脂水溶液备用。采用煤灰陶粒和细沙按重量比例为5:10混合均匀,细沙的作用是延长重金属As渗透反应墙中的停留时间,装入编织袋的封口袋中制成可渗透反应墙备用。在需要处理的As污染土壤中长为5平方米地带的一边两个角分别设置长为0.48米、宽为0.48米、高为0.06米用陶瓷材料制作的阴极电解池池体,向需要处理的As污染土壤接近阳电解池处设置,过水口,过水口设置可渗透反应墙,分别在处理的As污染土壤与阴、阳两个电解池之间设置化纤布隔离土壤和电解池溶液,两个阴极电解池内分别加入鼠李糖脂水溶液;在需要处理的As污染土壤中长为5平方米地带的设置阴极电解池一边的对面边中间点设置采用聚氯乙烯制作的阳极电解池,阳极电解池内加入去离子水,电解池内设置直径为0.05米、长为0.06米的石墨电极,各个石墨电极按常规与一个100v电压稳压直流电源以及万用表连接,土壤的含水率保持在33%,接通电源对As污染土壤进行电动修复。电动修复运行过程中每2小时进行电流监测一次。通电后在由于电渗流由阳极流向阴极,导致阳极电解池的溶液不断减少,因而每隔12h向阳极电解池补充去离子水,以保证阳极电解池维持一定溶液量,并定期排出阴极的电渗液,储存待测。电动修复结束后,将土柱从阳极电解池至阴极电解池分为五部分,并从电动修复土壤不同点进行取样,烘干,混匀,进行pH值以及重金属含量的分析,电动修复土壤含413.02mg kg-1,重金属As总去除率为39.6%,其中可渗透反应墙的对去除率的贡献比为93%,证明了电动修复+可渗透反应墙可提升重金属As去除率。
Claims (10)
1.一种利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:在一定距离内设置阳电解池和阴电解池,每个电解池配置石墨电极并与稳压直流电源以及万用表连接,阴电解池添加鼠李糖脂溶液,阳电解池加入去离子水,在污染物重金属As的富集处设置可渗透反应墙,接通电源对As污染土壤进行电动修复,操作步骤是:
(1)配制鼠李糖脂水溶液:采用去离子水、鼠李糖脂和pH调节剂充分溶解制成鼠李糖脂水溶液备用;
(2)As污染土壤的处理:将去离子水均匀喷洒在As污染土,使土壤的含水率保持在27~33%;
(3)制备可渗透反应墙:采用粉煤灰陶粒和细沙混合均匀,装入封口袋制成可渗透反应墙备用;
(4)电动修复As污染土壤:在As污染土壤处理地块设置阳电解池和阳石墨电极一个,阴电解池和石墨电极一个以上,阳电解池和阴电解池的石墨电极与设置有万用表的稳压直流电源连接,在接近阳电解池的污染土壤中设置可渗透反应墙,在需处理的Cd污染土壤与阴、阳两个电解池之间设置滤布,阳电解池内加入鼠李糖脂溶液,阳电解池内加入去离子水,接通电源对As污染土壤进行电动修复。
2.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的鼠李糖脂购自湖州紫金生物科技有限公司产品或市售鼠李糖脂产品,使用浓度为0.5~4g/L。
3.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的pH调节剂包括能溶于水发生完全电离的盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡。
4.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的粉煤灰陶粒购自中国科陶轻建粉煤灰陶粒技术研究院,其成份主要为49.26%SiO2,36.56%Al2O3,7.98%Fe2O3和CaO,粒径为0.5-1mm范围之内,或者市售的粉煤灰陶粒。
5.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的可渗透反应墙的粉煤灰陶粒和细沙重量比例为3~5:10。
6.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的阴阳两个电解池池体长:宽:高比例为8:8:1,阳极电解池过水口设置滤布,阴极电解池采用陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的处理地块阳电解池和阴电解池的设置为线形、三角形、Y形、方形和棱形。
8.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的封口袋包括编织袋和布袋。
9.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的滤布包括过滤布、过滤纸、编织袋、挡阳网和化纤布。
10.根据权利要求1所述的利用鼠李糖脂电动修复重金属As污染土壤的方法,其特征在于:所述的稳压直流电源的电压量程范围为0~120V。
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