分析淋洗劑在重金屬污染土壤修復中的應用

孫 俊

（沈陽環境科學研究院，遼寧 沈陽 110016）

1 淋洗劑的分類

淋洗技術被廣泛應用于土壤污染修復過程中，土壤淋洗技術就是利用淋洗劑對土壤污染物的溶解或遷移作用，將污染物與土壤分離，進入液相，以達到降低土壤中污染物含量的目的。目前，在污染土壤淋洗技術中應用的淋洗劑種類如下表：

表1

2 淋洗劑在重金屬污染土壤修復中的應用

2.1 無機淋洗劑

無機淋洗劑是通過酸解、離子交換或絡合作用來破壞土壤的某些官能團，將重金屬交換解吸下來，從土壤中分離出來。Nawarro等用水做淋洗劑，對重金屬污染土壤進行淋洗，結果表明：Al、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Zn的去除率分別為 81.1%、82.4%、55%、84.7%、85.8%、51.7%、46.4%、83.4%，As、Se、Sb、Cd、Pb 等元素淋洗后基本沒有變化。 Tuin 等用0.1mol/LHCl對重金屬污染土壤進行淋洗，具有較好的去除效果,Cu、Ni、Pb、Zn 的去除率分別為 92%、77%、79%、75%。 Tampouris等通過土柱實驗，用HCl+CaCl2溶液作為淋洗劑淋洗重金屬污染土壤，該淋洗劑對Pb、Zn、Cd的去除率分別為94%、78%、70%，去除效果非常明顯。

無機淋洗劑對土壤中的重金屬的去除效果好、應用成本低、作用速度快。但有機酸淋洗重金屬污染土壤，經常會破壞土壤的理化性質和生物結構，且強酸條件對處理設備的抗腐蝕性要求較高，因此在實際中具有一定的局限性。

2.2 螯合劑

螯合劑是通過與土壤溶液中的重金屬離子相結合，改變土壤中重金屬的存在形態，使重金屬從土壤顆粒表面解吸，由不溶態轉化為可溶態，提高重金屬的可遷移性和生物活性。螯合劑一般分為人工螯合劑和天然螯合劑。

2.2.1 人工螯合劑

人工合成的螯合劑在很寬的pH范圍內與大部分金屬螯合形成水解性強且穩定的復合物。馬宏瑞等[1]通過盆栽試驗，研究了EDTA對制革污泥污染土壤中Cr（Ⅲ）的活化作用，結果表明EDTA處理土壤中Cr（Ⅲ）的溶解性提高了6～11倍。不同濃度的EDTA和EDDS對污染土壤中的Cd、Pb進行浸提，EDTA和EDDS對Cd的去除率分別為82.4%、46.8%，EDTA對Cd的去除率高于 EDDS；在 5～30 mmol/L范圍內,相同濃度EDDS對Pb去除率高于EDTA，濃度為50 mmol/L時兩種螯合劑對Pb的去除率無顯著差異[2]。陳燕芳等[3]將碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸(AB-DTPA)作為淋洗劑應用于受Cu、Zn、Cd污染的鈉化膨潤土，研究表明,AB-DTPA提取法具有很好的穩定性,而且能準確指示Cu、Zn、Cd元素在土壤中的有效態含量,同時AB-DTPA對土壤中Cu、Zn、Cd元素的提取率也適用于模擬試驗中修復效果的平行對比。ABDTPA提取法在重金屬污染土壤修復模擬試驗中的應用是可行的。

人工螯合劑價格昂貴，大多生物降解性也較差，且缺乏離子選擇性，在淋洗過程易殘留在土壤中而無法去除。另外，淋洗出的含有重金屬的螯合劑的處理上還存在未解決的技術問題，這些因素限制了人工螯合劑在重金屬污染土壤修復過程中的應用。

2.2.2 天然螯合劑

天然小分子螯合劑能通過與重金屬離子形成可溶性絡合物，降低土壤顆粒對重金屬的吸附作用。梁金利等[4]通過室內模擬實驗，采用土柱淋洗方法，研究草酸、檸檬酸、乙酸和酒石酸溶液對某電鍍廠附近土壤中重金屬的去除效果，結果表明，1 mol/L的草酸在土水比為1∶1，淋洗5h，淋洗4次的條件下可以達到最佳淋洗效果，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分別是99.6%、66.98%、88.7%和18.23%。易龍生等[5]以受Zn、Pb、Cu、Cd嚴重污染的土壤為研究對象，采用振蕩淋洗技術研究了檸檬酸、酒石酸和草酸對土壤中重金屬的去除效果，結果表明檸檬酸和酒石酸對Cd的去除效果最好，去除率分別為61.5%和55.25%，草酸去除能力低。檸檬酸和酒石酸對重金屬的去除能力均依次為Cd＞Zn＞Pb＞Cu，檸檬酸對重金屬的去除率分別為 59.5%、49.33%、43.48%、26.25%，酒石酸對重金屬的去除率分別為58.75%、46.4%、35.86%、34.4%。

天然螯合劑生物降解性好，不會造成二次污染，是非常潔凈的淋洗劑，但也因其價格較貴，難以用于實際修復工程。

2.3 表面活性劑

表面活性劑是利用自身的親水、親油和特殊吸附特性改變土壤表面性質，增強重金屬離子在水中的溶液性和流動性，使污染因子由固相進入液相，將土壤中的重金屬污染因子去除。目前，在土壤淋洗研究和實踐中使用的表面活性劑主要分為有人工合成表面活性劑和生物表面活性劑。

2.3.1 人工合成表面活性劑

陳鋒等[6]選用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、聚山梨脂(Tween-80)對被重金屬Cr、Cd污染了的土壤的修復洗脫作用，以及被污染土壤對3種表面活性劑的吸附作用。淋洗實驗結果表明，3種表面活性劑對土壤中的Cr、Cd有明顯去除效果，聚山梨脂(Tween-80)對污染土壤中鉻和鎘的去除率分別為61.2%和37.06%。蔣煜峰等[7]選用十二烷基硫酸鈉(SDS)、聚氧乙烯月桂醚(Brij35)和EDTA對土壤中Cd、Pb的解吸去除作用進行研究，結果表明，陽離子表面活性劑SDS和非離子表面活性劑Brij35對土壤中重金屬解吸效果不大，加入SDS可使EDTA對C的的解吸量由由61.67%增加到79.68%、對Pb的解吸量由57.25%增加到89.65%。

人工合成表面活性劑的合理應用在重金屬污染土壤的淋洗過程中也有很好的效果，但是由于價格昂貴、生物可降解性差而限制其在土壤修復中的應用。

2.3.2 生物表面活性劑

生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養時，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產物。可欣等通過室內模擬試驗,研究皂素在不同條件下對土壤中重金屬去除效果的影響。結果表明,皂素溶液在質量分數為3%,pH值為5.0～5.5,振蕩時間為12h時，污染土壤中4種重金屬的去除率最大，分別為Cd93.5%,Pb2015%,Cu8.64%,Zn48.4%。Juwarkar等用鼠李糖脂去除污染土壤中的Pb和Cd,淋濾36h后,Cd和Pb的去除率分別達到92%和88%。

生物表面活性劑具有易生物降解、結構類型多、專一性強等優點，在淋洗劑中是一個很好的選擇，但是由于生物表面活性劑的生產工藝復雜、產量很低、生產成本高等因素而限制了其在土壤修復過程中的使用。

3 結語

淋洗劑在在重金屬污染土壤修復研究中已經廣泛應用，但在運用淋洗劑對土壤重金屬淋洗規模化應用中都不同程度上受到淋洗劑種類所呈現出來的效應、污染因子種類、土壤基本理化性質等方面的影響，使得淋洗劑的廣泛應用受到一定的限制。如生物降解性差而引起土壤環境、水環境的二次污染；無機酸性淋洗劑改變土壤理化性質，破壞土壤結構和肥力。因此，開發新型易降解、無毒、無害的淋洗劑成為以后淋洗技術的研究重點。其次，加強對已經明確淋洗效果的淋洗劑進行復合使用技術的探索。對于異位淋洗技術則著重考慮淋濾液中淋洗劑的回收和重金屬的提取，以提高經濟效益。

［1］馬宏瑞，馬托，等.低分子量有機酸對制革污泥污染土壤中鉻的活化及植物提取效應[J].陜西科技大學學報,2004,6(22）：22-25。

［2］趙娜，崔巖山，等.乙二胺四乙酸(EDTA)和乙二胺二琥珀酸(EDDS)對污染土壤中 Cd、Pb 的浸提效果及其風險評估[J].環境化學，2011，30(5)：958-963.

［3］陳燕芳，劉曉端，等.AB-DTPA提取法在重金屬污染土壤修復模擬試驗中的應用可行性[J].巖礦測試,2010，29（2）：131-135.

［4］梁金利，蔡煥興，等.有機酸土柱淋洗法修復重金屬污染土壤[J].環境工程學報，2012，6（9）：3339-3343.

［5］易生龍，王文燕，等.有機酸對污染土壤重金屬的淋洗效果研究[J].農業環境科學學報，2013，32（4）：707-707.

［6］陳鋒，傅敏.表面活性劑修復重金屬污染土壤的研究[J].四川環境,2012，31（4）：61-64.

［7］蔣煜峰，展惠英，等.表面活性劑強化EDTA絡合洗脫污灌土壤中重金屬的試驗研究[J].農業環境科學學報，2006，25（1）：119-123.