基本介紹
- 中文名：洗糖法
- 含義：鼠李糖脂淋洗法
- 領域：土地污染
- 優勢：增溶、乳化、潤濕等性能
背景,原理,影響因素,
背景
重金屬污染來源廣泛、污染性強且是一種難以控制的污染。在採礦業、金屬加工業、冶煉化工業等工業領域，重金屬會隨著工業三廢的排放而進入到自然環境中。在農業領域，農業灌溉、化肥農藥的使用也會使重金屬進入土壤。進入土壤的重金屬不能被微生物分解而在土壤中長期積累，有些被農作物吸收後最終通過食物鏈作用進入人體，因而土壤中的重金屬是人們優先考慮去除的污染物。
土壤中重金屬污染的治理途徑有兩種：一種是將污染物清除，即去污染(decontamination)；另一種是改變重金屬在土壤中的存在形態使其固定，即穩定化(stabilization)。近年來圍繞這兩種途徑開發了不同的治理措施和方法，如固化、還原、農業調控、生物修復和植物修復等。但這些方法具有處理不徹底、耗時長、易產生高毒中間代謝產物和套用範圍有限等缺點，因而尚未在工程上進行套用。目前工程上採用的主要方法有以下幾種：改土法、電動修復法、熱處理法、玻璃化技術和土壤淋洗法。與土壤淋洗法相比，改土法、電動修復法、熱處理法和玻璃化技術或存在二次污染、或適用範圍小、或價格昂貴，皆有較為明顯的不足。
土壤淋洗法採用含有提取劑的溶液作為淋洗液淋洗污染土壤，將土壤固相中的金屬轉移到液相中從而實現對重金屬的去除。常用的提取劑包括：硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氧化鈉、草酸、檸檬酸、EDTA等，這些物質中無機酸鹼類提取劑會破壞土壤結構，有機酸鹼類提取劑會毒害土壤微生物，而EDTA存在價格昂貴且回收困難的問題。因而提取劑的選擇成為土壤淋洗法的限制性因素。
原理
採用鼠李糖脂去除土壤中的重金屬始於20世紀90年代初，研究發現採用鼠李糖脂作為淋洗劑可以去除Cd、Pb、Cu、Zn、Ni等。實驗室中多將受污染土壤搗碎裝入淋溶柱內，用鼠李糖脂溶液進行批次淋洗。鼠李糖脂作為淋洗劑去除土壤中的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni等重金屬污染具有很好的效果，這與鼠李糖脂的特性具有重要的關係。大多數學者認為，鼠李糖脂去除土壤中重金屬主要是通過與土壤中重金屬離子絡合以及降低表面張力兩種方式來降低土壤和金屬的粘附性實現的。
鼠李糖脂在大於臨界膠束濃度時形成膠團，重金屬離子與膠團相結合形成絡合物。隨後絡合物進入液相，將重金屬從土壤中解吸出來。因此，鼠李糖脂可以去除土壤中離子態的重金屬，如Cd、Cu、Pb、Zn等。時進鋼等通過對不同濃度下鼠李糖脂形成膠束狀況與去除重金屬效率的分析，發現重金屬離子是通過與鼠李糖脂的膠束結合而得到去除的，當膠束破壞時，鼠李糖脂就不再具有和重金屬結合的能力。Tan等通過鼠李糖脂與Cd的絡合實驗了鼠李糖脂與重金屬離子的絡合能有效分離土壤中的重金屬離子。Malakul等人利用超濾技術與毫電位確定其作用機制是：鼠李糖脂先吸附在土壤與重金屬的結合物上，接下來與重金屬進行絡合反應，絡合物從土壤顆粒上分離進入生物表面活性劑的膠束中。Mulligan和Lin等認為，鼠李糖脂首先吸附在土壤表面並與金屬形成絡合物，通過降低溶液表面張力將金屬從土壤表面解吸下來，進入溶液環境，使重金屬與土壤得到分離。
綜合以上研究成果認為鼠李糖脂去除土壤中重金屬的原理是：鼠李糖脂首先吸附在土壤與重金屬結合物的表面上，並與重金屬絡合，然後通過降低表面張力來改變土壤和重金屬結合物表面性質，從而削弱了重金屬離子與土壤之間的粘附性，促進了金屬離子與土壤的分離，隨著淋洗液的不斷沖洗，絡合物脫離土壤並與鼠李糖脂溶液中的膠束結合，金屬即從土壤中去除。
影響因素
鼠李糖脂淋洗去除土壤中重金屬的影響因素較多，如重金屬的種類及含量、土壤結構和環境因素等。對於確定的待處理的受重金屬污染土壤，重金屬種類、含量與存在形式以及土壤結構等都已確定。
1、鼠李糖脂的濃度
鼠李糖脂濃度對重金屬的去除效率有直接影響。鼠李糖脂濃度越高，重金屬和鼠李糖脂的絡合機會越大、絡合率就越高，對重金屬的去除效果也就越好。Dahr研究發現5.0%和0.05%的鼠李糖脂溶液對Cu的去除分別為53.4%和5.7%。在工程套用中，需同時考慮處理效果和經濟效果來設定投加鼠李糖脂的濃度。
2、淋洗液的pH
淋洗液的pH對土壤中重金屬的去除有重要的影響，pH對重金屬去除率的影響體現在三個方面。首先，pH對去除率的影響表現在鼠李糖脂膠束的大小和溶液pH值有較大的關係：當溶液pH值從6.0增大到8.0，膠束結構由薄片狀變為囊泡狀，最後變為膠束，即其結構逐漸減小。因此，在較高pH值條件下，鼠李糖脂形成更多小型膠束，更有利於和重金屬有效的結合，從而提高了重金屬的去除率。其次，pH升高有利於鼠李糖脂中羧基脫氫離子化，溶解度增大，即相當於溶液中的鼠李糖脂濃度升高，從而提高了重金屬與鼠李糖脂的絡合效率，增大去除率。另外。pH的升高可以降低表面張力，對重金屬的去除亦有幫助。
在一定範圍內，淋洗液pH的升高會提高重金屬的去除率。但是過高的pH時去除率並不理想。在pH大於10的情況下，OH濃度過高，更易形成金屬氫氧化物沉澱，會掩蔽有機金屬的絡合物的形成。因此，在其他條件一定的情況下，pH=10可以取得最好的去除效果。時進鋼等閨。用銅綠假單胞菌產生的鼠李糖脂對沉積物中Cd和Pb的去除作用進行了研究，發現鹼性提取液對兩種重金屬的去除效率均大於弱酸性提取液，pH值為10.0時去除效率最大。
在工程套用中，考慮到鹼會對土壤結構有所破壞以及NaOH成本，對pH的選取要同時考慮處理效率和對土壤性能的影響。
3、鼠李糖脂與土壤的吸附程度
從鼠李糖脂去除土壤中重金屬的原理可知，鼠李糖脂首先吸附在土壤顆粒表面，絡合後又通過與土壤顆粒的解吸達到去除重金屬的作用。所以鼠李糖脂與土壤吸附的過為緊密則不利於最終對重金屬的去除。
Torrens發現，鼠李糖脂去除重金屬的效率受鼠李糖脂與土壤結合能力大小的影響。鼠李糖脂和土壤的吸附會削減去除率，而鼠李糖脂與土壤的吸附強度與土壤成分類型相關。針對RLl型鼠李糖脂，在低濃度時與土壤吸附強度為：赤鐵礦>高嶺土>二氧化錳=伊利石=鈣蒙脫石>三水鋁礦>腐植酸塗矽；濃度較高時與土壤吸附強度為：伊利石>腐植酸塗矽>鈣蒙脫石>赤鐵礦>二氧化錳>三水鋁礦*高嶺土。
因此在針對不同類型的土壤成分時，應結合鼠李糖脂濃度對去除效果的影響和土壤類型來確定鼠李糖脂的投加量從而使吸附力最小。
