CN106398699A - 一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法，该方法采用有机酸发酵液与低共熔离子液体复合制备土壤重金属淋洗液，其制备过程为：以葡萄糖或蔗糖为碳源，以黑曲霉为菌种，制备有机酸发酵液，然后加入氯化胆碱‑尿素或氯化胆碱‑乙二醇低共熔离子液体，充分混合，即得土壤重金属复合淋洗液。本发明提出了一种新型土壤重金属淋洗液制备方法，其制备工艺简单，所用原材料价格低廉，所制备淋洗液淋洗效果显著，且环境友好，因而，具备良好的应用前景。

Description

一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法

技术领域

本发明属于重金属污染土壤修复技术领域。具体涉及一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法。

背景技术

目前，随着生态环境问题的不断恶化，全球范围内均已出现各类不同程度的土壤重金属污染问题，威胁到了人类的生存和发展。在我国，由工业生产和矿产资源开发等所导致的重金污染问题呈现蔓延趋势，其中，耕地土壤重金属污染问题尤为突出，大量农田土壤重金属含量超标直接影响了农作物的生长，导致产量下降，同时，富集在农产品中的重金属将最终引发食品安全问题，影响人类健康。与大气污染和水体污染相比，土壤污染具有隐蔽性、滞后性和不可逆转性等特点，且不同地区不同土壤的污染类型和性质不尽相同，这些都使土壤重金属污染的治理和修复变得较为困难。近年来，土壤重金属污染问题受到了各界人士和相关部门的关注和重视，与重金属污染土壤相关的风险评价和治理修复工作相继开展，相关研究课题获得了显著成效，并已有部分技术进入工程示范和实际应用阶段。

重金属污染土壤修复技术可分为物理修复、化学修复、生物修复、农业生态修复及联合修复等。其中，化学淋洗是一种借助淋洗试剂活化去除土壤重金属的修复技术，该技术具有修复效果显著、作用速度快、修复周期短、重金属去除彻底等优点，适用于小面积污染土壤的快速有效修复。重金属污染土壤淋洗修复技术主要包括了原位淋洗和异位淋洗两种实现形式。原位修复是利用淋洗液自身的重力或通过施加外压使淋洗液流经受污染土壤，使重金属脱离土壤，随淋洗液流出，并最终通过沟渠或抽提井收集并处理淋洗液。异位修复则需先将受污染土壤挖掘出来，对其进行筛分处理，然后在洗脱系统中通过淋洗液去除土壤重金属，最后，回收和处理淋洗液。

重金属污染土壤淋洗修复中常用的淋洗液主要包括无机淋洗剂、螯合剂和表面活性剂。无机淋洗剂可通过酸解、离子交换和络合作用去除土壤重金属，作用速度快，且成本较低。螯合剂可以和土壤中的重金属离子结合形成螯合物，改变其在土壤中的存在形态，使重金属从土壤表面解吸，由不溶态转化为可溶态。螯合剂包括天然螯合剂和人工螯合剂两类，EDTA是人工螯合剂的代表，对大部分土壤重金属都有较好的去除效果，被广泛的研究和应用。天然螯合剂，如柠檬酸、草酸、苹果酸、酒石酸等有机螯合剂，不仅能有效去除土壤重金属，且具备生物降解性好，不易污染环境等优点，因而表现出了良好的应用前景。表面活性剂则可通过改变污染土壤的表面性质，增强有机配体在水中的溶解性，也可通过离子交换作用促进金属离子转移到液相中。常用的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等人工合成表面活性剂和鼠李糖脂、环糊精等生物表面活性剂。

重金属污染土壤的淋洗修复无论采用原位淋洗，还是异位淋洗，淋洗液的选择和使用是淋洗修复技术得以发展和实际应用的关键因素。当前所研究和使用的诸多淋洗液在实际应用过程中都还存在一定的局限性，如：无机酸对土壤结构和性质的破坏，人工螯合剂高昂的造价和二次污染风险，部分表面活性剂在土壤中的难降解性。为此，开发新型土壤重金属淋洗液或是对已有淋洗液进行改良，仍是土壤重金属淋洗技术发展过程中需要解决的问题。

发明内容

基于背景技术所述淋洗液在土壤修复技术发展中的重要性及需要继续解决的问题。本发明提出了一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法，该方法是一种新型土壤重金属淋洗液制备方法，所制备淋洗液淋洗效果显著，且环境友好。

本发明所提出的一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法，其技术方案是：采用有机酸发酵液与低共熔离子液体复合制备土壤重金属淋洗液。具体包括如下制备过程：

S1、以葡萄糖或蔗糖为碳源，加入硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配制发酵培养液，然后分装于锥形瓶中，透气膜封口，121 ℃灭菌30 min；

S2、无菌条件下将黑曲霉菌种接种于S1所制发酵培养液中，并置于恒温摇床中进行发酵，即得有机酸发酵液；

S3、将所得有机酸发酵液稀释1.1-1.3倍，然后加入低共熔离子液体，充分混合，即得土壤重金属复合淋洗液。

其中，S1中培养液的配比为：12-15 g/L葡萄糖或蔗糖，2.0-3.0 g/L硫酸铵，1.0-1.8 g/L磷酸二氢钾，0.25-0.36 g/L硫酸镁。S2中发酵的条件是：恒温摇床的转速为250-280 rpm，发酵温度为30-36 ℃，发酵周期为92-115 h。所述低共熔离子液体为氯化胆碱-尿素和氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体中的任意一种，加入量占总体积的1.5-2.5%。

本发明采用振荡淋洗法考察所制备复合淋洗液对土壤重金属的去除效果，采用原子吸收光谱法测定重金属含量。

本发明通过采用制备的有机酸发酵液和低共熔离子液体复合制备土壤重金属淋洗液，该方法所用原材料价格低廉，且制备工艺简单，生产成本低，所制备的淋洗液能有效去除土壤重金属，且对土壤理化性质和结构破坏小，在环境中易于降解，不易造成二次污染，是一种环境友好型淋洗液。此外，这是一种新型土壤重金属复合淋洗液制备方法，以单一淋洗液相比，该淋洗液有更好的淋洗效果和适用范围。

具体实例：

下面，结合具体实例对该发明提出的一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法做进一步的详细描述，但其保护范围并不局限于此。

实例1

按照如下步骤制备土壤重金属复合淋洗液：

S1、以葡萄糖为碳源，加入硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配制发酵培养液，然后分装于锥形瓶中，透气膜封口，121 ℃灭菌30 min；

S2、无菌条件下将黑曲霉菌种接种于S1所制发酵培养液中，并置于恒温摇床中进行发酵，即得有机酸发酵液；

S3、将所得有机酸发酵液稀释1.2倍，然后加入低共熔离子液体，充分混合，即得土壤重金属复合淋洗液。

其中，S1中培养液的配比为：13 g/L葡萄糖，2.0 g/L硫酸铵，1.5 g/L磷酸二氢钾，0.30 g/L硫酸镁。S2中发酵的条件是：恒温摇床的转速为260 rpm，发酵温度为32 ℃，发酵周期为98 h。所述低共熔离子液体为氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体，加入量占总体积的2.0%。

将铅镉复合污染土壤与所制备淋洗液按照1:20的固液比（g/mL）进行混合，通过振荡淋洗法去除土壤重金属，做5个平行实验。重金属的测定采用原子吸收光谱法。土壤铅和镉的去除率分别为53.32%和62.19%。

实例2

在实例1的基础上，将氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体的加入量改为1.5%。土壤铅和镉的去除率分别为51.94%和61.28%。

实例3

按照如下步骤制备土壤重金属复合淋洗液：

S1、以蔗糖为碳源，加入硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配制发酵培养液，然后分装于锥形瓶中，透气膜封口，121 ℃灭菌30 min；

S2、无菌条件下将黑曲霉菌种接种于S1所制发酵培养液中，并置于恒温摇床中进行发酵，即得有机酸发酵液；

S3、将所得有机酸发酵液稀释1.3倍，然后加入低共熔离子液体，充分混合，即得土壤重金属复合淋洗液。

其中，S1中培养液的配比为：14 g/L蔗糖，2.5 g/L硫酸铵，1.8 g/L磷酸二氢钾，0.28 g/L硫酸镁。S2中发酵的条件是：恒温摇床的转速为280 rpm，发酵温度为34 ℃，发酵周期为105 h。所述低共熔离子液体为氯化胆碱-尿素低共熔离子液体，加入量占总体积的2.1%。

将铅镉复合污染土壤与所制备淋洗液按照1:20的固液比（g/mL）进行混合，通过振荡淋洗法去除土壤重金属，做5个平行实验。重金属的测定采用原子吸收光谱法。土壤铅和镉的去除率分别为52.64%和61.97%。

实例4

在实例3的基础上，将加入的低共熔离子液体改为氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体，加入量为2.5%。土壤铅和镉的去除率分别为51.81%和60.32%。

Claims (5)

1.一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法，其特征在于，采用有机酸发酵液与低共熔离子液体复合制备土壤重金属淋洗液。

2.根据权利要求1所述一种土壤重金属复合淋洗液的制备方法，其特征在于，包括如下制备过程：

S1、以葡萄糖或蔗糖为碳源，加入硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配制发酵培养液，然后分装于锥形瓶中，透气膜封口，121 ℃灭菌30 min；

S2、无菌条件下将黑曲霉菌种接种于S1所制发酵培养液中，并置于恒温摇床中进行发酵，即得有机酸发酵液；

S3、将所得有机酸发酵液稀释1.1-1.3倍，然后加入低共熔离子液体，充分混合，即得土壤重金属复合淋洗液。

3.根据权利要求2所述淋洗液的制备方法，其特征在于，S1中培养液的配比为：12-15g/L葡萄糖或蔗糖，2.0-3.0 g/L硫酸铵，1.0-1.8 g/L磷酸二氢钾，0.25-0.36 g/L硫酸镁。

4.根据权利要求2所述淋洗液的制备方法，其特征在于，S2中发酵的条件是：恒温摇床的转速为250-280 rpm，发酵温度为30-36 ℃，发酵周期为92-115 h。

5.根据权利要求1或2所述淋洗液的制备方法，其特征在于，所述低共熔离子液体为氯化胆碱-尿素和氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体中的任意一种，加入量占总体积的1.5-2.5%。