生物可降解络合剂聚天冬氨酸治理土壤重金属污染[J].docVIP

生物可降解络合剂聚天冬氨酸治理土壤重金属污染 方一丰，郑余阳，唐娜，蔡兰坤 华东理工大学资源与环境工程学院，上海 200237 土壤重金属污染会产生严重的生态环境问题，土壤淋洗技术可达到土壤修复的目的，其中络合剂的选择是达到安全、有效修复效果的关键。聚天冬氨酸（PASP）可生物降解，对环境安全文选择PASP作为重金属的络合剂，研究其修复土壤重金属污染的效果。结果表明，PASP对金属离子Cd、Zn和Ca均有较好的提取率，均超过50%，并且络合剂/重金属的摩尔比越高，提取效果越好，受pH的影响就越少，提取速率开始比较快，而后趋于平缓。在PASP络合物的形态分布中，在pH较低阶段，PASP-Cd络合物所占的比例较大，随着pH的升高，PASP-Zn和PASP-Ca的比例增加，同时微生物对聚天冬氨酸的降解作用对治理效果产生负面影响。PASP可作为环保型的络合剂，达到修复土壤重金属污染的目的。 聚天冬氨酸；土壤污染；重金属；淋洗技术中图分类号：X131. 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（200）0-0237-04 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。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。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，并可经水、植物等介质最终影响人类健康，因此，治理和恢复的难度大[1]。根据重金属污染的特点，修复重金属污染的技术有固化、淋洗、电动力法和植物修复等[2]。 污染土壤淋洗技术是修复污染土壤的一种新方法，是对污染土壤生物修复的一种补充，使污染土壤修复的系统化成为可能。它是利用化学络合剂的解吸和溶解作用把重金属从土壤的固相移到液相中，从而达到土壤修复目的[3]。该方法的技术关键是寻找一种既能提取各种形态的重金属，又不破坏土壤结构的淋洗液[4]。目前，用于淋洗土壤的淋洗液较多，包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂。一些络合剂，比如乙二铵四乙酸二钠盐（EDTA），它们对各种重金属都有很强的螯合能力，同时对土壤的物理和化学性质影响小于其他酸性技术[5]，但由于难于生物降解，会长期滞留于土壤中，并且容易渗入地下水，造成地下水的生态风险[6]，需要发展新型的、对环境安全的络合剂用于治理土壤重金属污染。 近年来易生物降解的络合剂应用于治理土壤重金属污染引起关注[7]。聚天冬氨酸（PASP）是一种水溶性的可降解氨基酸类的聚合物，具有优异的阻垢、分散和缓蚀性能，它具有生物可降解性，对环境安全，在土壤中不与其他介质发生反应，并且它能够与许多金属离子形成配位物，使得它们在介质中保持稳定[8]。聚天冬氨酸的结构： PASP末端的氨和侧链上的羧酸官能团能与金属离子配位结合，把金属离子包裹成一个“洞穴”状，促使金属离子在溶液中保持分散和稳定。金属离子的软硬程度、溶液的pH值和PASP去质子化情况等因素都会影响PASP与金属离子形成配位物的效果。 本文研究PASP对重金属污染土壤的淋洗效果，考察PASP对Cd、Zn和Ca等金属离子的提取能力和动力学过程，分析在PASP-金属络合物中的形态分布，同时探讨微生物的降解作用对PASP提取重金属能力的负面影响，为PASP高效修复重金属污染提供最佳的工艺条件。 土样取自华东理工大学校园土，土样经过风干后，过40目筛，保存待测，在模拟土样中加入硝酸镉，折算成土样中镉含量大约550 mg·g-1，其他金属以原本存在土壤中的量为准。 Tab 1 Soils properties pH w(有机质% w(粘土% w(粉沙% w(沙% w(Ca) /(mg·kg-1) w(Cd) /(mg·kg-1) w(Zn) /(mg·kg-1) b(金属总量(μmol·g-1) 5.8 6.5 35 34 31 11.3 550 57 5.9 1.2 pH对PASP提取重金属能力的影响 称取5 g的土壤于500 ml带塞的玻璃瓶中，在预备实验的基础上，分别加入不同量的稀氢氧化钠或者硝酸溶液调节pH值，加入聚天冬氨酸溶液，保持固液质量比150，在室温条件下水浴恒温箱内震荡，时间为48小时，pH的范围4-12，聚天冬氨酸的浓度分别为0.24和1.2 mmol·L-1到反应终点，取样分析。样品以3000 r·min离心15 min，将离心液过0.45 μm滤膜，测定滤液中重金属的量。为防止土壤微生物对聚天冬氨酸的降解，在悬浊液中滴加杀菌剂NaN3，质量浓度为0.5 g·L-1。 1.3 PASP