基于有机酸工业发酵液的土壤重金属淋洗去除体系研究与应用

The purpose of our research project is to establish novel soil washing system for heavy metals removal based on organic acids industrial fermented liquid. The system has the advantages of expensive，biodegradable，obtainable，etc. The removal performance for heavy metals in soil will be investigated with oscillation extraction and soil column experiments. The significant factors is to screen by Plackett-Burman design and the multiple regression and prediction model of factors and heavy metals removal levels could be obtained using response surface analysis. based on their speciation change in washing process，the effect of soil washing system on heavy metals mobility and synergistic extraction mechanism of coexistence components will be investigated. The applicability of proposed system in washing technologies will also be tested. The result of our research project can provide scientific basis for the proposed technology, and will has a promotion effect on the polluted soil remediation in China. It is also has important significance for the harmonious development of resources and environment of western ethnic areas.

本课题拟构建系列基于机酸工业发酵液的低成本、生物可降解、易于得到、高效的土壤重金属淋洗去除体系。以振荡萃取试验、土柱试验研究体系对土壤各重金属的淋洗性能，利用Plackett-Burman试验筛选显著性因素，利用响应面分析建立各重金属淋萃性能-因素水平的多元回归及预测模型。通过淋洗前后化学形态的变化，研究淋洗体系对土壤重金属的移动性的影响，探索有机酸工业发酵液共存成分对土壤重金属协同淋萃性能及机理,并验证体系在各种淋洗技术中的适用性。 本课题的研究将为该技术的实际应用提供科学基础，对我国重金属污染土壤的修复起到积极推动作用，对西部民族地区资源与环境和谐发展也具有重要意义。

本项目基于我国发酵工业基础，以低成本有机酸发酵液替代纯有机酸，构建经济、环境友好的土壤重金属淋洗体系。采用黑曲霉为菌种，基于工业化工艺条件制备了柠檬酸发酵液，以模拟复合重金属污染土壤和Pb矿区污染土壤为研究对象，对制备柠檬酸发酵液和工业柠檬酸发酵液的重金属的淋洗去除性能进行了研究，制备的柠檬酸发酵液对土壤Pb、Cu、Cr、Cd的去除率分别为：48.19 %、30.56 %、43.65 %、58.43 %，发酵液淋洗去除性能优于纯柠檬酸淋洗液。Pb、Cu、Cr、Cd解吸为非均相扩散过程，可用双常数方程和Elovich方程描述，BCR形态分析结果，发酵液对酸可提取态Pb、Cu、Cr、Cd去除效果最好，其次是可还原态，可氧化态和残渣态的去除则不明显，采用FTIR、XRD、SEM技术初步讨论了重金属解吸附机理，结果亦表明柠檬酸发酵淋洗液对土壤结构影响较小。将生物表面活性剂皂素引入工业柠檬酸发酵液，构建了复合淋洗体系，该复合淋洗体系有效提高了其对Pb、Cu、Cr、Cd的淋洗去除效果，将此复合淋洗体系应用于矿区土壤Pb的淋洗， Pb的去除率达到了53.43%，解吸动力学过程同样可用双常数方程和Elovich方程进行拟合，不同粒径土壤中Pb的淋洗去除结果表明，大粒径土壤中的Pb相对小粒径更容易去除。采用星点设计-响应面分析法优化了复合淋洗体系，优化的复合淋洗体系对可去除矿区土壤中81.7%的可移动Pb和26.7%的残渣态铅。以串联超滤截留方法从柠檬酸发酵液中获得不同分子量区间的生物表面活性物质，通过表面张力、油膜铺展性能和临界胶束浓度（CMC）测定发现生物表面活性物质主要分布于分子量大于20 KD的过滤液，尤其是50-140 KD区间含有较高浓度的生物表面活性物质，对表面张力具有明显的降低作用。添加50-100 KD和100-140 KD滤过液，土壤镉和铅的去除率增加达6.6%~7.5%，达最大镉和铅去除率所对应的浓度相当于其CMC值的5~6倍。项目资助发表学术论文12篇， 10篇被SCI收录，申报发明专利10件，毕业硕士研究生6名。项目经费52万元，支出28.1万元，各项支出与预算相符。剩余经费23.9万元，将用于本项目研究后续支出。