黃宇皎

（上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233）

引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，通過人類生產(chǎn)活動(dòng)等途徑進(jìn)入土壤中的污染物日益增多。其中重金屬類污染物進(jìn)入環(huán)境中后，會(huì)在土壤中不斷累積，達(dá)到一定濃度會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來危害，且重金屬類污染物具有累積性和潛伏性等特點(diǎn)，修復(fù)去除難度較大。

之前針對(duì)重金屬污染土壤，上海運(yùn)用較多的是固化穩(wěn)定化技術(shù)，但這種技術(shù)并不能徹底清除污染物，需在后期對(duì)修復(fù)效果和環(huán)境安全性進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)。同時(shí)，可利用的填埋場地也越來越少。因此，目前針對(duì)重金屬污染土壤，上海越來越多地使用淋洗修復(fù)技術(shù)。

土壤淋洗技術(shù)是通過淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等作用，使得土壤顆粒上的污染物脫附、溶解，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的[1]。針對(duì)重金屬污染因子，常用的淋洗劑包括無機(jī)酸、有機(jī)酸、螯合劑、表面活性劑等。本文依托上海某原鑄造廠地塊污染土壤修復(fù)項(xiàng)目，以其重金屬污染土壤為研究對(duì)象，選定不同淋洗劑開展試驗(yàn)，探索淋洗最佳條件。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)土壤

本次試驗(yàn)所用土壤來自于上海市某原鑄造廠污染地塊，樣品深度為1.2 m～1.5 m。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，剔除石塊、雜物等，研磨混勻后貯存?zhèn)溆?。通過實(shí)驗(yàn)室分析，試驗(yàn)用污染土壤樣品中重金屬含量分別為：銅19 000 mg/kg，鎳237 mg/ kg，鉛3 140 mg/kg。

圖1 樣品重金屬形態(tài)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

淋洗試驗(yàn)設(shè)備采用五級(jí)電動(dòng)振動(dòng)篩，通過振動(dòng)和不同孔徑的篩網(wǎng)篩分不同粒徑的土壤顆粒，經(jīng)淋洗劑淋洗后，檢測(cè)不同粒徑土壤中的重金屬含量。

篩網(wǎng)粒徑包括：2 mm，0.5 mm，0.075 mm，0.005 mm，篩上土壤和篩下液體組成五級(jí)篩。

1.3 淋洗藥劑

本試驗(yàn)選用檸檬酸、EDTA二鈉作為淋洗藥劑。

1.4 試驗(yàn)方法

（1）稱取250 g污染土壤，加入500 mL配置好的一定濃度淋洗劑，攪拌2小時(shí)，利用振動(dòng)篩篩出不同粒徑的污染土壤；

（2）用配置好的一定濃度淋洗劑充分沖洗，收集各級(jí)篩上土壤及第五級(jí)篩中的泥漿狀液體，最終淋洗劑和土壤的比例約為5:1；

（3）篩下泥漿狀液體緩慢倒入真空抽濾裝置進(jìn)行抽濾，濾紙上的污泥抽濾完畢后對(duì)其進(jìn)行收集，為便于區(qū)分，將其稱為篩下土壤；

（4）將抽濾瓶中的液體轉(zhuǎn)移至燒杯中，體積約為1.25 L；

（5）將收集到的上清液液體、各級(jí)篩上土壤及篩下土壤一并送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)重金屬含量。

檸檬酸濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L，EDTA二鈉濃度分別為0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同濃度檸檬酸淋洗效果

（1）藥劑濃度為0.1 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為32.6%，31.5%，36.9%。在＜0.005 mm粒徑階段，銅的濃度大于修復(fù)目標(biāo)18 000 mg/kg。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)800 mg/kg。

（2）藥劑濃度為0.3 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為56.4%，45.5%，50.4%。銅各粒徑土壤的濃度均低于修復(fù)目標(biāo)，而除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

（3）藥劑濃度為0.5 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

（4）藥劑濃度為1.0 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

圖2 不同濃度檸檬酸淋洗的重金屬去除率

由此可見，當(dāng)檸檬酸濃度從0.1 mol/L增至0.3 mol/L，重金屬去除率有較大幅度提升，之后逐漸平緩。檸檬酸與土壤混合后，釋放的H+會(huì)占據(jù)土壤顆粒表面活性吸附位點(diǎn)，與重金屬競爭位點(diǎn)，使其從土壤顆粒表面解吸[2]；同時(shí)，檸檬酸的羧基和羥基等官能團(tuán)與重金屬形成可溶性有機(jī)結(jié)合體，抑制了重金屬在土壤顆粒表面的吸附[3]。隨著檸檬酸濃度的增大，重金屬的淋洗效率提高。當(dāng)檸檬酸濃度0.3 mol/L時(shí)，在各粒徑階段，銅的濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值；而污染土壤中的鉛濃度較高（3 140 mg/kg），修復(fù)目標(biāo)值較低（800 mg/kg），在檸檬酸為1.0 mol/L時(shí)仍未能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

表2-1 不同濃度檸檬酸淋洗效果

2.2 不同濃度EDTA二鈉淋洗效果

（1）藥劑濃度為0.01 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為30.4%，11.5%，28.0%。銅在各個(gè)粒徑階段濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值（18 000 mg/kg）；鉛在各個(gè)粒徑階段濃度，均高于修復(fù)目標(biāo)值（800 mg/kg）

（2）藥劑濃度為0.05 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為51.9%，23.9%，48.9%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

（3）藥劑濃度為0.1 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為63.1%，37.2%，64.8%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

（4）藥劑濃度為1.0 mol/L時(shí)，銅、鎳、鉛的去除率分別為66.4%，38.2%，65.2%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復(fù)目標(biāo)。

由此可見，當(dāng)EDTA二鈉濃度從0.01 mol/L增至0.1 mol/ L，重金屬的去除率有較大幅度的提升，之后逐漸平緩。當(dāng)EDTA二鈉濃度為0.1 mol/L時(shí)，Cu、Ni、Pb的去除率分別為66.4%、38.2%、65.2%。EDTA二鈉主要是通過螯合作用，把土壤顆粒和膠體表面吸附的重金屬離子解析下來，并形成螯合體進(jìn)而達(dá)到去除土壤中重金屬的目的[4]。當(dāng)EDTA二鈉濃度0.1 mol/L時(shí)，在各粒徑階段，銅的濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值；而污染土壤中的鉛濃度較高，修復(fù)目標(biāo)值較低，在EDTA二鈉為0.2 mol/L時(shí)仍未能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

表2-2 不同濃度EDTA二鈉淋洗效果

圖2-2 不同濃度EDTA二鈉淋洗的重金屬去除率

2.3 檸檬酸、EDTA二鈉復(fù)合淋洗與檸檬酸淋洗兩遍效果

根據(jù)前述試驗(yàn)結(jié)果，單獨(dú)檸檬酸和EDTA二鈉作為淋洗劑，并不能將污染土壤中的鉛淋洗至修復(fù)目標(biāo)值。因此，使用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉以1:1的體積比混合，按前述方法淋洗后測(cè)定重金屬的淋洗效果。使用1.0 mol/L檸檬酸，按前述方法淋洗兩遍后測(cè)定重金屬的淋洗效果。

由表2-3可見，此兩種條件淋洗效果明顯。

表2-3 不同淋洗劑淋洗效果

復(fù)合淋洗劑中檸檬酸加強(qiáng)了淋洗液的酸解作用，促進(jìn)重金屬從土壤顆粒表面解吸到液相中，提高了EDTA通過螯合捕獲重金屬離子的效果[5]；同時(shí)檸檬酸也具備一定的絡(luò)合作用，從而使復(fù)合淋洗劑的淋洗效果得到了提高。

檸檬酸淋洗兩遍，原有含重金屬的淋洗廢液已被轉(zhuǎn)移，新加入的淋洗液與污染土壤充分接觸，重金屬能被充分淋出，一定程度上提高了淋洗效果[6]。兩種淋洗條件都能使重金屬鉛達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

3 結(jié)論

1、檸檬酸和EDTA二鈉對(duì)該地塊污染土壤中的重金屬具有一定的淋洗效果。檸檬酸和EDTA二鈉對(duì)重金屬的去除能力：Cu＞Pb＞Ni。隨著淋洗液濃度的提升，淋洗效果有明顯增加，濃度到一定程度時(shí)，淋洗效果變化趨緩。

2、由于試驗(yàn)土壤中Pb的濃度較高，修復(fù)目標(biāo)值較低，單獨(dú)使用檸檬酸和EDTA二鈉作為淋洗劑時(shí)，Pb無法被淋洗至修復(fù)目標(biāo)值。

3、當(dāng)淋洗時(shí)間2小時(shí)，固液比1:5，采用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉復(fù)合淋洗液時(shí)，Cu、Ni、Pb的去除率分別為78.9%、67.4%、75.6%；采用1.0 mol/L的檸檬酸淋洗兩遍時(shí)，Cu、Ni、Pb的去除率分別為85.7%、76.1%、79.2%，Pb可以被淋洗至修復(fù)目標(biāo)值。

4、考慮到淋洗兩遍在實(shí)際的修復(fù)工程中，會(huì)增加用水量及廢水處理量，增大成本。選用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉復(fù)合淋洗液，固液比1:5，淋洗1遍可以達(dá)到本地塊重金屬的修復(fù)目標(biāo)值。