应用酵母生物表面活性剂的去除土壤中的重金属和疏水性污染物作为泥浆障碍

文摘

这项工作描述应用程序的酵母生物表面活性剂去除土壤中的重金属和石油衍生物用作泥浆使用三轴渗透仪屏障。试样准备与土壤渗滤和污染物的生物表面活性剂。液体的渗透系数测量沿渗流表明,生物表面活性剂显著减少土壤渗透性,证明其适用性作为添加剂反应性障碍。原油生物表面活性剂去除96%左右的锌和铜和铅的浓度降低,Cd,和铁试样。生物表面活性剂去除20%的废油用渗透装置。结果表明,生物表面活性剂可以应用于新技术的去除重金属和石油衍生物是可取的。这些结果表明生物分子的多功能性两亲的本性,一个属性,使他们与真正的可能性使用行业竞争日益激烈。

1。介绍

随着工业生产的发展,许多产品不当在环境中累积,污染土壤和地下水。水和土壤污染物包括无机物种,如硝酸盐和磷酸盐,重金属如镉、铬、汞、铅,和有机化学物质,包括疏水化合物,无机酸和放射性核素(1]。在自然土壤,这些污染物不能完全退化,可能或多或少地移动在土壤中2]。

巴西协会的标准方法(ABNT)定义了泥浆为“液体分解产生的物质在城市固体残留物这档节目的特点就是一个黑暗的颜色,一个糟糕的气味和高BOD(生化需氧量);它构成的有机和无机化合物的混合物溶液和胶体状态和几种微生物物种”(3]。泥浆在垃圾填埋场的生成是由于雨水渗透垃圾填埋场的渗滤和覆盖率超过土壤的能力保持毛孔的水(田间持水量)。

几个物理化学和生物方法,或两者的结合,是用于治疗浆。根据戈麦斯(4),生物过程允许有机化合物的生物降解泥浆通过微生物的作用,把它们变成简单的物质水,二氧化碳和甲烷。物理化学治疗与生物处理相结合,相反,可以消除废水化学物种的不受欢迎的浸出,如重金属和有机化合物。在物理化学治疗,另一方面,技术主要有稀释、过滤、凝聚、絮凝、沉淀、沉淀、吸附、离子交换、化学氧化、反渗透,空气洗涤,超滤、氧化、自然蒸发,蒸发。

把泥浆的主要方法之一,活性的技术壁垒由被动治疗的液体通过接受治疗的内部障碍(或反应堆)包含一个材料,提供了一个特定的治疗。这通常是一个物理化学过程,反应堆,一般来说,由土壤或土壤与其他活性材料的混合物。可渗透反应性障碍(复审委员会)是一种治疗区活性物质(s)是建立在地下清理污染地下水。活性区可以安装的墙拦截迁移柱污染地下水。或者,可以汇集污染低渗透屏障(如浆墙)门或容器包含活性媒体(5]。通常,这个治疗过程是被动的,只有通过地下水流动的自然条件。出于这个原因,可渗透反应的技术障碍,如果有的话,是另一种修复受污染的地区比其他技术操作简单和经济优势。

本研究重点是使用渗透反应障碍治疗的技术在垃圾填埋场产生的泥浆。一些最重要的流程包括沉淀、吸附、氧化/还原、固定和退化。这些过程可能发生同时吸收地下水的污染物或有害化学物质转化成无害的副产品6,7]。因此有必要了解污染物的特点选择活性元素的类型最适当的治疗。不同的污染物有不同的行为和特征需要专门为每个构造污染物反应性障碍。这涉及到反应效率标准、成本、材料可用性、可行性和生成的副产品等操作限制。一些重要因素限制的应用的技术包括深度污染羽流发生时,污染物的密度,含水层的厚度。渗透反应屏障的技术应用于相对较低的深处,很深的渗透反应性障碍是不经济的支出由于开挖,动员的土地,和维护的障碍,等等。的渗透屏障成为另一个重要因素。的渗透屏障必须这样流过屏障可以足够缓慢,反应发生,同时,应大于或等于自然水流的障碍并不创建一个自然流动的速度减少,导致污染羽的偏差。

分析了一系列活性材料进行修复和/或降解不同的化合物,其中包括无机污染物如重金属和有机污染物,油,和工业溶剂7]。反应性媒体的例子有活性炭对有机物的吸收,离子交换树脂吸附的金属和放射性核素,零化合价的铁卤化溶剂的脱氯,二硫化碳的吸收或减少oxymetal离子(如铬酸)、石灰石沉淀的金属,和沙子/砾石床的营养和氧气,促进微生物降解有机污染物。

在这种情况下有可能应用生物表面活性剂的活性元素污染物中包含的治疗反应性障碍,技术到我们不知道先前文献中描述。

表面活性剂是两亲水脂分子组成的化合物含有亲水和疏水部分分区优先在流体相之间的界面有不同程度的极性和氢键,油/水或空气/水界面。非极性部分通常是一个碳氢链和极性部分可以离子(阳离子或阴离子)、非离子、两性(8]。这些特性允许表面活性剂降低表面和界面张力,形成乳状油可以随着水或水可以随着碳氢化合物(9]。这些性质使广泛的工业应用涉及洗净、乳化、润滑、发泡能力、润湿、增溶、分散和阶段。

考虑到一些技术可以用在有机污染物和重金属的治疗,生物表面活性剂,根据它们的属性,不仅可以应用在疏水性有机化合物的去除,以及重金属的去除。生物表面活性剂降低界面张力和行动增溶的碳氢化合物在水相或通过捕获的油滴胶束,而生物表面活性剂阴离子性质也可以捕捉到金属离子通过静电相互作用或络合(10]。

本研究的目的是调查的适用性酵母生物表面活性剂显示优良的表面活性剂的性质(11)治疗污染物从土壤市政固体废物中包含用作泥浆障碍。

2。材料和方法

2.1。土壤

一个障碍粉砂土中利用实验。土壤是来自阿伯e利马城,在伯南布哥州,巴西。土壤样本(5公斤)均质,站在室温下四天晒干,最后存储供以后使用。

2.2。废油的汽车引擎

润滑机油是获得从本地汽车车间和用作土壤污染物。

2.3。土壤的理化特性

分析进行了基于巴西协会的标准方法(ABNT)。所有样本提交粒度分析(12),液限13),和可塑性14),颗粒比重(15),和压缩的决心16]。

的化学表征土壤渗,之前和之后的污染物和流体的渗透测试,进行了化学实验室的天主教大学的伯南布哥,巴西。可交换阳离子的分析(Ca^{2 +}、镁^{2 +},Na⁺K⁺,艾尔。^{3 +},和H⁺在H)、有机C含量、pH值₂O和氯化钾、电导率和比表面积进行土壤分析方法手册从“巴西农业研究公司”,巴西(17]。根据获得的结果的总和基地、阳离子交换能力、基地饱和度年级,钠和铝饱和,饱和的氧化物。

2.4。土壤样品的制备

土壤风干,经过50网开放(0.297毫米),并与自来水混合19%的含水量(自然土壤)。

模拟汽车引擎的废油污染的土壤和随后的压实试样,有必要进行手工化的两个阶段。石油的数量确定的函数的干重土样(10%)。

自然土壤和土壤的混合加上废油是静态压实(最优含水量的19个和13%,分别地)使用一个标准的监督方法(16)在一个特定的干重16.00 KN / m³压实的挤压模具,减少使用薄壁直径98毫米锋利的边缘管。减少土壤的高度109毫米。

土壤化学分析每个试样扩散的流入和流出的污染物。切片定义为中点的正交于它的高度,平行流。

标本的描述及其适当的污染和射表所示1。

2.5。生物表面活性剂

原油生产的生物表面活性剂假丝酵母lipolytica(跟单信用证0988)是用作过滤去除的污染物。产生的生物表面活性剂是一种矿物中含有6%的大豆炼油厂残渣和1%谷氨酸在72小时在150 rpm轨道摇晃。培养后,汤含有代谢物离心机在使用2000×g和肉汤游离原油生物表面活性剂。阴离子型生物表面活性剂表现出优良的表面活性,降低水表面张力从71 mN / m 25 mN / m。初步生物表面活性剂的化学特征表明50%的蛋白质,20%的脂质,和10%的碳水化合物,如前所述由Rufino et al。11]。

2.6。泥浆

自然的泥浆从Aguazinha获得垃圾填埋场,位于城城市,巴西伯南布哥州。Aguazinha垃圾得到平均每天400吨的垃圾,笨重的固体(碎片和扫描)和修剪浪费对应总数约为每月12000吨(18]。的化学表征浆在伯南布哥的联邦大学的化学工程实验室,根据APHA [19]。泥浆是用作土壤渗透。

2.7。渗透系数测试

液压导率的饱和土壤,扩散到500毫升蒸馏水,泥浆500毫升,500毫升的生物表面活性剂测定渗透率测试系统(图1)。

后准备每个试样的透气管的安装。示例是使用反压饱和,和应用压力是120 kPa。这种压力是保持24小时,以确保完全饱和的示例中,所体现的参数 ,在那里孔隙水压力和增加吗围压增加),使用与阅读外部压力传感器。每一步之间的整合后,渗透系数的确定。建立的流动水、泥浆或生物表面活性剂在示例中,它是应用的底部和顶部之间的电压差5 kPa,测量时水量的5.000毫米³穿过试样。流入和流出的数量对运行时间记录和绘制。当流入和流出的速度相同的情况下,最终的渗透系数值计算基于达西定律。

与蒸馏水,在实验中试样S-DW,用作理化参考,没有必要修改设备,因为液体可以传递没有任何磨损,通过渗透仪的内部组件。

泥浆和废油,另一方面,不能渗透在设备内部,考虑他们的巨大的侵略的组件设备。因此,它是使用一个基底张力等于零,污染物的扩散通过辅助细胞渗透仪。在所有测试开始前各自的污染物的土壤饱和导水率的测量。异常发生在测试标本S-WO-B,插入的污染物在土壤压实和流体饱和度是由生物表面活性剂。生物表面活性剂的额外的渗流是为了评估其净化能力测试标本S-WO-B和S-SL-B。

2.8。土壤中的重金属测定样品

重金属的土壤样本进行了分析(铁、Cd、锌、铜、和Pb)之前和之后的渗流流体通过火焰原子吸收分光光度法使用瓦里安aa - 220 FS乐器。样本分析重金属前后流体的渗流。

2.9。废油的汽车引擎从土壤中去除样本

汽车引擎的废油删除后的渗流分析了生物表面活性剂在测试标本S-WO-B流出部分通过与己烷萃取去除石油紧随其后的是量化的去除重量百分率的决心。液-液萃取的样品进行使用己烷因为生物表面活性剂不溶于己烷,描述由Rufino et al。11]。

3所示。结果与讨论

3.1。土壤的物理特性

利用土壤的渗透反应性障碍原位修复治疗需要,首先,土壤的适当的描述。土壤的物理和化学性质在反应性障碍是重要的在确定其适用性包含和导演的液压流柱组件元素的活性部分。

土壤颗粒大小和压实的结果展示在表使用标准的监督方法2。

细分数的大小分布显示出优势在土壤中。土壤分类是适度plastic-PI 7至15 (20.]。0.4的活动指数表明粘土不活跃的分数。统一分类的土壤分类瀑布的粘土低压缩性(LC)。

之间的混合土壤和石油之后,进行了压缩试验。的最佳含水量和最大的干重16.90 kN / m³被获得。是观察到有一个减少的价值的最佳水分自然土壤石油时补充道,没有变化是观察到的值最大的土壤干重。油作为润滑剂,减少颗粒间的摩擦使混合物soil-oil相同的最大干比重为同一应用的能量。

3.2。土壤的化学特性

描述的自然土壤的化学特征表3。土壤有明显的酸性,pH值在4.0和5.2之间不等。pH值之间的差异_氯化钾和pH值是负的,说明硅酸盐粘土的存在(21]。土壤有机质没有。这可以解释为深度的土壤样本收集地下(7米)。阳离子交换能力低。基本饱和表示,种植的土壤肥沃。自然土壤的电导率很低,在宪法中含盐量较低。考虑三氧化二铁(Fe的水平₂O₃)土壤含铁量较低。比表面的价值发现证实了存在的矿物高岭石矿物学的自然土壤。

3.3。渗透系数

水力传导系数被定义为的或多或少减轻水通过物理介质。渗透系数的结果展示在表4。土壤的导水率与蒸馏水被引用在这工作是3.61×10⁻⁹m / s,典型的粘土和优秀的作为一个不透水层。在案例研究中,土壤导水率的微小变化,使流体的渗流。导率都相同的数量级(10⁻⁹m / s)除了土壤混合油(S-WO)。电导率之间的比例的渗透和蒸馏水(K_pf/ K_dw)是高当土壤水扩散混合时废油(S-WO)和低生物表面活性剂经过相同的标本。

土壤饱和与泥浆的导电率降低时,生物表面活性剂已经扩散,达到10的水平⁻¹⁰m / s。

石油与土壤混合引起的初始增加与蒸馏水电导率比自然土壤和生物表面活性剂的影响逐渐减少石油经过20天的观察。

因此,水力传导率表明,生物表面活性剂可以显著降低土壤的渗透性,从而允许应用程序作为添加剂的反应性障碍。生物表面活性剂的离子性质增加带电粒子之间的引力,导致土壤结构变得不那么多孔,从而阻碍液体的渗透。

3.4。从土壤中去除重金属样本

表面活性剂,特别是生物表面活性剂,通常具有良好的表面活性,阴离子性质,和低毒性。通过吸附在沉积物表面,与金属络合,分离的金属沉积物孔隙水,因此与表面活性剂胶束,表面活性剂可以有效地去除金属的吸附在沉积物颗粒(22]。

可能机制提取重金属的生物表面活性剂离子交换,precipitation-dissolution,反离子绑定。阴离子型生物表面活性剂带有一个负电荷,所以当分子遇到带有正电荷的阳离子金属,形成离子键。这个键比金属与土壤的债券(23]。金属离子会在相反的离子或更换相同的离子(静电相互作用或离子交换)或复杂与代理商形成胶束表面的螯合物。极性头的胶束可以绑定金属。这使得金属更溶于水。表面活性剂单体可能是溶解吸附金属通过溶解复合物的形成。此外,一些金属的绑定可能发生的阴离子表面活性剂胶束。表面张力主要影响吸附通过疏水相互作用发生的分区等非离子有机化合物而不是金属。然而,它也假定金属被生物表面活性剂在土壤表面,形成复合物分离到土壤溶液由于界面张力的降低,因此将表面活性剂胶束。土壤成分、粘土矿物学、渗透率、pH值、阳离子交换容量、粒子大小、和其他因素如竞争配体的存在,离子强度的土壤,同时出现的竞争金属和污染物严重影响sorption-desorption流程和浸出潜在的通过一个土壤剖面(23,24]。

土壤生物表面活性剂用于治疗也需要最小应用于土壤吸附的交互系统;换句话说,大多数的生物表面活性剂应该留在水相。生物表面活性剂吸附一般是可能的原因,高生物表面活性剂浓度所需的有效的金属切削(23,24]。从逻辑上讲,生物表面活性剂的吸附行为取决于其分子特征,如电荷和疏水性,以及土壤特性。

从这个意义上说,低成本的阴离子从酵母的培养产生的生物表面活性剂假丝酵母lipolytica大豆炼油厂残留,能降低水的表面张力25 mN / m,测试样本中包含的重金属的去除污染的发动机润滑油和泥浆渗透装置。

火焰原子吸收光谱法的测试在测试标本进行了在自然土壤和S-SL, S-SL-B, S-WO-B如表所示5。所有比较增加和减少的百分比是基于自然土壤中的每个金属的水平。

土壤与废油的渗流混合生物表面活性剂(S-WO-B)周围的铁浓度的减少造成的在镉浓度的流出部分标本的50%。关于锌,这种金属的浓度的增加,表明生物表面活性剂集中标本中流出。的铜和铅,另一方面,有一个位移的流出部分稀有金属的土壤,从而增加他们的浓度分别为20 - 17%,。

对土壤渗透的泥浆(S-SL),没有观察到金属的浓度变化在顶部(流入部分),除了对铜和铅、减少了46和13%,分别。

对土壤渗透的泥浆和随后的生物表面活性剂(S-SL-B),有一个铁和镉的浓度增加的基本(流出部分)试样在顶部,虽然发现的值低于各自的自然土壤中金属含量。锌和铜,观察到的浓度减少的底部的96.2和标本,分别。领导,这是观察到有一个转变的金属试样的底部。

结果表明,生物表面活性剂主要被发现有效的用于生物修复治疗S-SL-B锌和铜。

金属的浓度在自然土壤上的建议,圣保罗州环保公司,巴西,25),除镉的浓度超过0.0005 g / kg的极限。

的可能性,使用生物表面活性剂的去除重金属已经证明在一些实验室规模的研究。

表面活性剂皂素,例如,36 mN / m的表面张力,在10%和0.1的浓度进行了测试。土壤中重金属的去除是与它的浓度成正比26]。

穆里根et al。27]证明了生物表面活性剂的应用在土壤重金属的去除。的sophorolipid球拟酵母属bombicola生长在葡萄糖和豆油,CMC为0.8 g / L (),降低表面张力的能力到34 mN / m,进行了测试。sophorolipid溶液在4%没有去除土壤中的锌,消除产生的鼠李糖脂时只有3%的铜铜绿假单胞菌在矿物中含有4%葡萄糖CMC和表面张力的26 mN / m,允许删除20和35%的锌和铜,分别在12%浓度。鼠李糖脂溶液移除只有5 2%和10%,锌和铜。

穆里根et al。10]证明了增加去除锌与氢氧化钠2% surfactin结合使用的时候。Daharazma和穆里根28)发现,土壤中重金属的去除百分比增加线性增加的鼠李糖脂浓度测试。使用5%的鼠李糖脂去除37%的铜,锌,倪。

两个代理环境兼容,也就是说,一个鼠李糖脂(CMC的)(0.05 g / L)和羧甲基环糊精()检测去除金属吸附在两种土壤类型。连续十个洗后,鼠李糖脂能够删除14.2和土壤测试中包含铅,羧甲基环糊精5和删除这种金属的土壤测试(29日]。

因为没有在文献中报道试验类似用于这项工作的生物表面活性剂假丝酵母lipolytica(跟单信用证0988),很难讨论我们的研究结果,虽然切除比例可以被认为是获得满意的报道相比,在其他实验条件正如上面所讨论的,因为我们使用了包含生物表面活性剂的肉汤,游离的原油生物表面活性剂。表面活性剂的作用高于soil-contaminant交互,因为它能够消除重金属检测。重要的是,土壤的深度显著影响迁移的结果。

3.5。汽车发动机的废油

后渗流测试标本S-WO-B,生物表面活性剂的解决方案进行了分析确定石油的内容删除。是观察原油生物表面活性剂可以去除20%的废油对土壤吸附。这个结果反映了两性分子的生物表面活性剂的特性,允许这些化合物用于同步去除不同类型的环境污染物如重金属和碳氢化合物存在于浪费和泄漏的石油和衍生物,所述的穆里根et al。10]。

4所示。结论

结果表明,生物表面活性剂可以应用与城市固体垃圾的障碍在减少土壤渗透性和同步复苏的重金属和碳氢化合物。环境兼容性和结合传统的补救方法驱动的可能性,这种替代技术的发展。

确认

这项工作是财务支持的协调水平或更高的提高教育人员/基础科学和技术的支持伯南布哥州(斗篷/ FACEPE),国家科学和技术发展委员会(CNPq),天主教大学的伯南布哥(UNICAP),巴西,和联邦大学的伯南布哥(UFPE),巴西。

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