陳 晨

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

重金屬污染是我國主要的土壤環(huán)境污染問題，根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，污染類型以無機(jī)型為主，無機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括工程措施（客土、換土等）、物理化學(xué)修復(fù)（土壤淋洗、電動(dòng)修復(fù)等）、化學(xué)修復(fù)（固化、穩(wěn)定化等）、生物修復(fù)（植物修復(fù)、微生物修復(fù)等）。土壤淋洗技術(shù)可快速將污染物從土壤中移除，短時(shí)間內(nèi)完成高濃度污染土壤的治理，且治理費(fèi)用相對(duì)較低[1]。土壤淋洗技術(shù)的修復(fù)效果受土壤質(zhì)地特征、污染物類型、污染程度、淋洗劑種類與濃度、淋洗時(shí)間等因素的影響。孫濤等[2]總結(jié)了不同淋洗劑對(duì)重金屬去除效果的影響，并綜述了最優(yōu)淋洗條件的研究。陳欣園等[3]研究了不同淋洗劑對(duì)銅、鎘、鉛、鋅等重金屬的去除效果、形態(tài)分布和土壤理化性質(zhì)的影響。吳烈善等[4]研究了三種環(huán)境友好型淋洗劑對(duì)銅、鉛、鋅等重金屬的淋洗效果，并研究了淋洗劑最佳配比、淋洗劑添加方式和淋洗時(shí)間。李玉雙等[5]研究了檸檬酸對(duì)鎘、銅、鉛等重金屬復(fù)合污染土壤的淋洗效果。

隨著可持續(xù)發(fā)展要求的逐步提高，土壤淋洗劑逐漸向具有良好生物降解性和生物適應(yīng)性的類型發(fā)展，如天然有機(jī)酸、生物表面活性劑等[1]。本文使用一種天然有機(jī)酸——檸檬酸對(duì)砷、鎳、鈷、銅等重金屬復(fù)合污染土壤進(jìn)行淋洗試驗(yàn)，研究淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時(shí)間等因素對(duì)修復(fù)效果的影響，分析淋洗廢水的處理方法，以確定淋洗工藝最優(yōu)參數(shù)，為后續(xù)修復(fù)工程提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土壤取自某污染地塊，采樣深度為0.3～1.0 m，根據(jù)前期調(diào)查確定超標(biāo)重金屬為砷、鎳、鈷和銅。淋洗劑為檸檬酸，純度為分析純。試驗(yàn)用水為去離子水。

根據(jù)土工試驗(yàn)報(bào)告的粒徑分布結(jié)果，該地塊0.3～1.0 m處的土壤中，細(xì)砂粒和粉粒的總量占比接近70%，各粒徑土粒組成如表1所示。因此，本研究重點(diǎn)關(guān)注該部分細(xì)顆粒土壤的淋洗效果。試驗(yàn)土壤處理方法為：將土壤樣品風(fēng)干后，過60目篩（粒徑小于0.25 mm），然后稱重備用。

表1 試驗(yàn)土壤樣品土粒組成

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取若干反應(yīng)瓶，每個(gè)反應(yīng)瓶中放置50 g處理后的土壤，然后加入淋洗劑，使用翻轉(zhuǎn)振蕩器以180 r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行淋洗；振蕩完成后，利用離心機(jī)以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min；將收集的離心液過孔徑0.45 μm的濾膜，泥水分離后分別檢測(cè)土壤和淋洗廢水的重金屬含量，并計(jì)算土壤中重金屬去除率。本研究針對(duì)淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時(shí)間等三項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

1.2.1 淋洗劑濃度

利用檸檬酸和去離子水配制淋洗液，保持淋洗液總量不變，分別配制濃度0 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L的150 mL淋洗液，淋洗時(shí)間為1 h。淋洗處理后，土壤樣品編號(hào)分別為S1、S2、S3。

1.2.2 淋洗土水比

以濃度0.3 mol/L的150 mL淋洗液為基礎(chǔ)，保持淋洗藥劑量0.045 mol（檸檬酸）不變，調(diào)整淋洗液總量，分別配制150 mL、200 mL、250 mL的淋洗液，即土水比分別為1∶3、1∶4和1∶5，淋洗時(shí)間為1 h。淋洗處理后，土壤樣品編號(hào)分別為R1、R2、R3。

1.2.3 淋洗時(shí)間

根據(jù)淋洗劑濃度和淋洗土水比兩項(xiàng)條件試驗(yàn)確定的最優(yōu)淋洗條件（淋洗劑濃度為0.3 mol/L，淋洗土水比為1∶3），調(diào)整淋洗時(shí)間。淋洗時(shí)間分別為0.5 h、1 h、2 h。淋洗處理后，土壤樣品編號(hào)分別為T1、T2、T3。

1.2.4 淋洗廢水處置

根據(jù)淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時(shí)間等條件試驗(yàn)確定的最優(yōu)淋洗條件，取100 g污染土壤進(jìn)行淋洗反應(yīng)，經(jīng)泥水分離后得到淋洗廢水樣品。取150 mL淋洗廢水進(jìn)行試驗(yàn)，投加生石灰和聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝沉淀，投加量分別為1 g/L和0.1 g/L，經(jīng)絮凝沉淀靜置后，檢測(cè)上清液中重金屬的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 淋洗劑濃度

不同淋洗劑濃度條件下，試驗(yàn)土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖1所示。

圖1 不同淋洗劑濃度對(duì)土壤重金屬洗脫效果的影響

隨著檸檬酸濃度的增加，各重金屬的去除率逐漸升高。檸檬酸濃度為0.3 mol/L時(shí)，砷、鎳、鈷、銅的去除率分別可達(dá)43.33%、73.81%、55.13%、47.09%。由此可見，檸檬酸對(duì)鎳的去除效果最好，對(duì)鈷的去除效果次之，對(duì)砷和銅的去除效果較差。采用濃度0.3 mol/L的檸檬酸淋洗后，各重金屬的檢測(cè)結(jié)果均低于本地塊修復(fù)目標(biāo)值。因此，本研究選擇0.3 mol/L作為最優(yōu)淋洗劑濃度。

2.2 淋洗土水比

不同淋洗土水比條件下，試驗(yàn)土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖2所示。隨著淋洗土水比的增加，鈷的去除率沒有明顯變化，其余三種重金屬的去除率略有降低。由此可見，淋洗劑投加量保持不變時(shí)，僅提高用水量來增加淋洗液總量不能提升淋洗效果。此外，用水量的增加將會(huì)提高后續(xù)脫水工序的負(fù)荷，增加脫水難度。因此，本研究選擇1∶3作為最優(yōu)淋洗土水比。

圖2 不同淋洗土水比對(duì)土壤重金屬洗脫效果的影響

2.3 淋洗時(shí)間

不同淋洗時(shí)間條件下，試驗(yàn)土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖3所示。

圖3 不同淋洗時(shí)間對(duì)土壤重金屬洗脫效果的影響

隨著淋洗時(shí)間的增加，各重金屬的去除率略有升高。增加污染土壤與淋洗劑的接觸時(shí)間，有助于淋洗劑將更多的重金屬從土壤中洗脫出來。但增加淋洗時(shí)間會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)可處理的污染土壤方量降低，即整體修復(fù)效率降低。此外，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)0.5 h淋洗后土壤的重金屬濃度已低于修復(fù)目標(biāo)值。因此，綜合考慮節(jié)能環(huán)保和修復(fù)效率，本研究選擇0.5 h作為最優(yōu)淋洗時(shí)間。

2.4 淋洗廢水處置

淋洗廢水采用生石灰和聚丙烯酰胺處置后，各重金屬的濃度均低于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）的Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，如表2所示。

表2 處理后淋洗廢水檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語

本研究通過試驗(yàn)，分析不同淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時(shí)間等因素對(duì)污染土壤中各重金屬淋洗效果的影響。在一定淋洗條件下，檸檬酸可用于處理砷、鎳、鈷、銅等重金屬污染的土壤。檸檬酸對(duì)鎳的去除效果最好，對(duì)鈷的去除效果次之，對(duì)砷和銅的去除效果較差。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮修復(fù)目標(biāo)值、修復(fù)效率、經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保等因素，本研究確定了最優(yōu)淋洗條件，即淋洗劑濃度為0.3 mol/L，淋洗土水比為1∶3，淋洗時(shí)間為0.5 h。在該條件下，淋洗后土壤樣品中各重金屬的濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值。利用生石灰和聚丙烯酰胺處置淋洗廢水，處置后的廢水中各重金屬濃度均滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）的Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)限值。