應用

乳酸乙酯在土壤修復中的應用

2016-06-28

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土壤污染最嚴重的主要分兩大塊,其一是有機物污染,污染物類型包括石油類、多環芳烴、農藥、有機氯等,其二是重金屬污染,主要包含銅、鉛、鉻等致癌重金屬超標污染。

乳酸乙酯應用在土壤污染處理上主要是與其他有機物復配形成一個污染修復體系,目前已知的應用方向主要有兩個:一是植物油與乳酸乙酯復配形成一個體系,主要處理土壤污染中的含氯有機物以及多環芳烴等有機污染。二是乳酸乙酯與有機螯合劑形成復合體系,主要采用原地淋洗方式處理多環芳烴以及重金屬污染。

 

1. 乳酸乙酯與植物油,乳化劑等一些添加劑按照一定的配比制成淋洗液處理土壤污染。主要是植物油作為厭氧還原劑或輔助藥劑修復有機物(如含氯有機溶劑和多環芳烴等)污染土壤。

植物油修復含氯有機物污染土壤作用機制:

在實際應用中,植物油發酵產生氫分子(H2)和小分子脂肪酸,如醋酸、乳酸、丙酸脂等。其中產生的氫可取代有機物中的氯,起還原脫氯作用。另外,產生的短鏈小分子脂肪酸可向微生物提供碳和能量,微生物的新陳代謝也加速了還原脫氯過程。在使用植物油還原氯代烯烴過程中,比如全氯乙烯(PCE),氯原子被氫原子代替而逐步還原成三氯乙烯(TCE),順式-1,2-二氯乙烯(cDCE),和氯乙烯(VC),最終被還原成無毒的乙烯(圖1)。

 

 

    

圖1:全氯乙烯的還原脫氯過程

在脫氯過程中,植物油發酵產生的氫作為電子供體,含氯有機物作為電子受體,發生如下反應:

 

 
 

 

 

有機物分子中的氯原子數越多,它的氧化還原電位越高。對于高氧化還原電位的含氯有機物,比如六氯苯,在厭氧情況下植物油不能使其直接脫氯,需要注入或借助土著微生物,使含氯有機物成為微生物的代謝過程的最終電子受體,從而脫氯。植物油在此過程中提供碳和能量,并保持厭氧條件。一些研究總結脫氯的可能途徑有厭氧氧化脫氯、發酵、還原脫氯、參與新陳代謝、脫鹵呼吸作用和有氧脫氯等。因此,植物油可應用于土壤和地下水修復。

 

為了使這個脫氯反應持續下去,必須產生足夠的氫來滿足電子受體(PCE,TCE等)的需求,太多的非目標物質電子受體會消耗氫而使污染物的降解率下降。因此在實際的修復工程中,采用的植物油一般經過混合其他物質來增強其藥效,使其能夠持續長期產生更多的氫,增強其還原性,產生更好的擴散及運動路徑而與污染物接觸面積增大等等。

 

  • 乳酸乙酯-EDDS/EDTA體系對多環芳烴/重金屬復合污染的土壤修復。為解決土壤重金屬和有機污染物復合污染的同時修復問題,將乳酸乙酯引入土壤修復領域,發展了乳酸乙酯-有機配體(EDDS/EDTA)-水復合淋洗體系,在研究其對重金屬、多環芳烴以及二者復合污染土壤修復效果、作用機制和淋洗液循環利用的基礎上,建立了相對經濟、高效的土壤綠色淋洗技術。
  1. 有機螯合劑EDDS、EDTA能與土壤中重金屬絡合形成可溶性有機金屬絡合物,從而可以增大重金屬的可利用率和遷移率。但乙二胺四乙酸(EDTA)由于其可持久性和不可生物降解性,可能導致地下水污染,而[S,S]-乙二胺二琥珀酸([S,S]-EDDS,簡寫為EDDS)雖然具有可生物降解性,近年來被廣泛應用于土壤原位淋洗修復。但是EDDS人工合成成本高,這使得其在土壤修復中的應用也受到限制。而乳酸乙酯(EL)毒性低,并且容易生物降解,價格便宜,易溶且易再生。乳酸乙酯的加入,促進了整體體系的配合作用和礦物的溶解作用,大幅度提高有機螯合劑EDDS、EDTA對重金屬的修復效果,在保證污染物去除率的情況下,可以減少淋洗體系中配體的用量。該發現為解決當前土壤修復中EDDS使用的成本問題和EDTA使用的風險問題提供了有效的途徑。
  2. 所建復合淋洗體系在修復銅、菲和芘及其復合污染土壤時存在一定的協同作用。有試驗結果表明:Cu的平均淋洗率為41.54%(EDDS/Cu=2),20%乳酸乙酯對菲和芘的淋洗率分別為69.69%和39.87%。乳酸乙酯對土壤中的多環芳烴菲和芘有良好的洗脫能力,乳酸乙酯對不同土壤的洗脫能力不同,黃土>水稻土>黑土>礦區土。淋洗率與土壤有機質含量正相關。且體系中的EDDS/EDTA和土壤中的重金屬Cu等不影響乳酸乙酯對土壤中多環芳烴的淋洗效率。

    3)以樹脂吸附和離子交換為核心的乳酸乙酯-有機配體-水復合體系淋洗劑循環利用的工藝和操作條件,解決了淋洗劑和水的重復利用問題,主要淋洗劑和水的再利用率約80-90%。

 

基于此,我們可以得出這樣的結論:乳酸乙酯-有機配體(EDDS/EDTA)-水復合淋洗體系對多環芳烴&重金屬復合污染的土壤具有良好的洗脫效果,可考慮作為修復復合污染土壤的綠色淋洗劑。

 

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