EDTA淋洗修復Pb、Cd重金屬污染土壤

武迎飛

(河南理工大學 土木工程學院，河南 焦作 454000)

0 引 言

隨著我國的經濟模式轉型和城市化進程加快，政府和人民對土地重金屬污染的問題越來越重視[1，2].如何能夠降低污染物風險并將其從土壤中清理出來，目前主要有以下幾種方法.物理修復技術、生物修復技術和化學修復技術.

其中物理修復只能更換土體；生物法周期較長且在重金屬濃度較高的環境中植物根本就無法生存；化學修復技術則是最常用的土壤修復方法.化學修復技術中分為兩種，一是將重金屬固化，雖然可以暫時解除危害，但是固化的重金屬在某種特定條件(例如凍融條件)下會重新恢復活性，對環境造成二次污染[3].二是利用化學試劑將重金屬從土壤中清洗出來，可以徹底地清除土壤中的重金屬污染物，而且適用范圍較廣，實際操作較為簡單，修復的效果好[4，5].本文就是在室內振蕩淋洗的基礎上進行重金屬污染土壤的土柱淋洗，為重金屬污染土壤的原位淋洗提供數據支持.

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

供試土樣取自當地一冶煉廠重金屬污染場地，主要受Pb和Cd污染.土樣經室內風干、粉碎，并過2 mm方孔篩后，陰涼貯存以備用.取自然風干土樣，用瑪瑙研缽碾磨，過0.075 mm篩后用于重金屬全量分析，土壤pH值采用酸度法測定，有機質含量用燒失量法測定，所測試樣的基本理化性質及重金屬含量如表1所示[6].

表1 土的基本性質

1.2 實驗方案

1.2.1 振蕩淋洗試驗

室內振蕩淋洗稱取2 g土樣分別置于一系列50 mL離心管中，加入濃度梯度為0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.075 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L的EDTA溶液，液土比為15∶1，在振蕩器上以200 r/min恒溫(25℃)振蕩24 h，所得樣品以3000 r/min離心20 min，取上清液，用0.45 μm濾膜分離提取液，測定濾液中重金屬Pb、Cd的含量，每組均采用3個平行樣，結果取平均值.選取合適的濃度進行土柱淋洗試驗.

1.2.2 土柱淋洗試驗

(1)根據試驗需求稱量一定量的風干土樣，根據風干土樣的質量的最優含水率稱取蒸餾水(注意風干土樣的初始含水率)，均勻地將蒸餾水噴灑在土樣上，把土樣攪拌均勻后放入自封袋中靜置24 h，保證土樣與水分充分混合，確保土樣含水率一致.

(2)在有機玻璃筒內采用分層擊實法制作土樣，每層擊實次數由公式計算得出，將靜置好的土樣分為4等份，分層放入有機玻璃筒內，根據擊實功確定擊實的次數，每層擊實過后要拉毛再進行下一層，擊實完成后用修土刀將土樣的高度修正至試驗所需高度.

(3)土柱淋洗時，每次淋洗EDTA的量為土柱的一個空隙體積，共淋洗5次.

2 試驗結果分析

2.1 振蕩淋洗結果分析

圖1 EDTA對Pb和Cd的去除率

圖1為室內振蕩淋洗試驗中不同濃度EDTA淋洗劑對重金屬Pb和Cd的去除率的影響.由圖1中可以看出,Pb和Cd的去除率隨著EDTA濃度的增加表現出不同的趨勢.Pb的去除率隨著EDTA淋洗劑濃度的增加逐漸增大，但是去除率的增長速度一直在下降，在EDTA達到0.1 mol/L后增長的斜率明顯趨于平緩，說明隨著EDTA濃度的增加其有效利用性在逐漸降低.Cd的去除率在EDTA濃度為0～0.75 mol/L之間緩慢上升，0.075～0.1 mol/L極速增大且在0.1 mol/L時達到最大的淋洗去除率83.6%，0.1 mol/L之后呈現下降趨勢，說明過高EDTA淋洗劑濃度對去除土壤中的Cd有反作用.

王平等[7]表明隨著淋洗劑濃度的增加，淋洗后土壤的pH會降低，所以結合不同濃度EDTA淋洗劑對土壤中重金屬的去除率的影響，選擇濃度為0.05 mol/L、0.1 mol/L的EDTA進行土柱淋洗試驗.在淋洗污染土壤的同時減小對土壤環境的影響.

2.2 土柱淋洗結果分析

由圖2中土柱淋洗試驗中淋出液的重金屬離子濃度分布可以看出,隨著淋洗次數的增加，重金屬的淋出濃度呈現不同的變化趨勢.其中0.1 mol/L EDTA與0.05 mol/L EDTA淋洗時Pb的去除率都出現了前3次去除率逐步增加，第4次開始逐漸減小；而Cd的去除率是在前2次逐步增加，第3次開始逐步減小.這是由于淋洗劑在土柱中的路徑是固定的，淋洗時與淋洗劑接觸反應的重金屬離子是有限的，經過2～3次的淋洗后，通道內與淋洗液接觸的重金屬離子逐漸較少，導致淋出液的重金屬離子濃度逐漸減小.Pb的去除率在第4次開始減少，與Cd的去除率相比出現了一定的滯后性，是因為Cd較容易被EDTA淋洗出來，在前2次淋洗時通道內的Cd已經被淋洗出大部分，導致第3次開始Cd的去除率逐漸下降.

其次，在0.05 mol/L EDTA的土柱淋洗試驗中，第5次淋洗時土柱內部形成了一定的通道，淋洗劑從通道直接淋出，導致淋洗試驗無法進行.隨著淋洗次數增加，淋出液濃度降低，說明EDTA淋洗對土柱的淋洗作用逐漸變弱.

由圖2中可以看出，2次土柱淋洗Cd去除率的最大值都發生在第二次淋洗，但是0.1 mol/L EDTA的去除率較大為13.85%；Pb的去除率最大值由于滯后發生在第3次淋洗，同樣0.1 mol/L EDTA的去除率較大為3.81%.淋出液重金屬離子濃度比較可以得出，土柱淋洗試驗中，淋洗劑濃度在0.1 mol/L時，對土壤中的重金屬具有較好的去除效果，這與室內震蕩淋洗試驗時得到的結果是一致的.

圖2 土柱淋洗重金屬的去除率

淋洗劑濃度/(mol/L)淋洗液總量/(g)液固比淋洗時間/平均值/(h)淋洗效率/(%)PbCd0.144201.291632/326.411.7535.980.0535361.031464/3669.2426.09

表2為土柱淋洗時的其他數據對比，由表2中可以看出,土柱淋洗時液固比遠遠小于室內振蕩試驗中的15∶1，說明振蕩試驗只能給土柱的淋洗提供參考值，因為實際淋洗時液固比會發生較大的變化.針對土柱的淋洗效果，無論是在淋洗的耗時還是在平均的重金屬去除率上70.1 mol/L EDTA的淋洗效果優于0.05 mol/L，說明淋洗時選用EDTA的濃度為0.1 mol/L時較為適宜.

3 總 結

EDTA對Pb、Cd重金屬污染土壤在室內振蕩淋洗具有較好的去除效果，最高可達到52.27%、83.65%.在土柱淋洗試驗中由于液固比的下降，且淋洗劑與土壤中重金屬的接觸條件有限，導致淋洗效果與振蕩淋洗相差較遠，但是總體的趨勢還是0.1 mol/L EDTA比0.05 mol/L EDTA的淋洗效果好.