含重金屬土壤強化模擬試驗的方法研究

文_譚爍 熊定鵬 翟德勤 楊子軒

1.中電建水環境治理技術有限公司 2.云南省環境科學研究院（中國昆明高原湖泊國際研究中心）

在工業生產中，部分企業將含有重金屬的廢水、廢渣直接排放到河流中，或是堆放在空地上，重金屬元素不易分解，除了會對生態環境造成破壞外，還能夠通過食物鏈的富集作用，最終危害人類健康。近年來，各地重金屬污染并導致中毒的新聞屢見不鮮，重金屬污染的治理得到了各方面的共同關注。本文提出的一種含重金屬土壤強化模擬試驗方法，能夠準確表明在不同復合維度下探究固化穩定化處理后含重金屬土壤中重金屬的釋放規律，為判定此類土壤是否可以重新利用提供了參考借鑒，具有較強實用應用價值。

1 含重金屬土壤強化模擬試驗步驟

1.1 樣品采集

選取某處受到重金屬污染的地塊，分別從同一地塊中，采集不同批次的土壤樣品，充分混合后，將養分等分為3份，并分別存儲到密封玻璃罐內，帶回實驗室。將3份樣品從玻璃罐內倒出，并在室溫環境下讓土壤樣品自然晾干。同時使用小孔徑的紗網，將晾干后的樣品進行篩選，目的是篩除樣品土壤中搞得雜草、樹根、石塊等。將篩選所得的土壤樣品，倒入瑪瑙研缽中，充分進行研磨，形成粉末。將樣品取出，放在烘干箱內，將溫度調至120℃，持續5min。完成烘干后取出。使用孔徑為100目尼龍篩進行篩選，將最終所得樣品存放于聚氯乙烯帶中，以備試驗使用。

1.2 性質分析

在實驗室環境下對所得樣品依次進行性質分析，主要包括以下幾項：①測定土壤pH值。先用標準溶液檢查pH計的精度。然后稱取10g土壤樣品，倒入燒杯中。用量筒兩區30ml蒸餾水，倒入燒杯中，輕輕搖晃或使用玻璃棒攪勻。將所得混合液放置20min，然后使用pH計測量。三份樣品均按照上述操作完成測量，并對應做好記錄。②測定土壤導電率。按照上述步驟，制取混合液。靜置30min后，取上層的土壤浸出液，然后使用電導儀測定電導度。將電導度帶入到電導率計算公式，計算出土壤導電率。

1.3 模擬實驗

結合上述試驗，了解含重金屬土壤的性質，然后在此基礎上繼續進行強化模擬試驗。具體步驟為：取3個處理罐，貼上標簽，對應的將3份土壤樣品倒入處理罐，試驗溫度控制在25～35℃。模擬降雨的pH值范圍控制在4～8，模擬光照強度以年平均光照強度為基準，分別提供1倍、2倍、3倍作為試驗模擬光照強度。分別進行三次不同維度的強化模擬試驗，并兩兩作為對照。本次試驗為期300～500d，每隔15～25d進行一次取樣，分析樣品中重金屬含量。將測量結果繪制成曲線，直觀的觀察樣品土壤重金屬的變化情況。

2 含重金屬土壤強化模擬對照試驗

2.1 試驗一

本次試驗在恒溫房中進行，溫度恒定為25℃；使用流量計控制模擬降雨，模擬降雨量為單點最大雨量；模擬降雨所用水的pH值為4，向蒸餾水中加入鹽酸溶液調節pH值；光照強度為本地年平均值，使用UV燈光照射實現。本次試驗周期為300d，每隔15d進行一次取樣，測定樣品滲濾液的量。將滲濾液收集起來，并以滲濾液為標本，測定重金屬含量。

在整個試驗周期內，累計獲得樣品20份，結果如表1所示。可以發現，固化穩定化處理后樣品土壤中銅、鉛、鋅、鎘、鎳、鉻的析出率分別是0.83%、0.76%、0.37%、0.11%、0.33%、0.16%。

表1 復合維度試驗結果

2.2 試驗二

本次試驗在恒溫房中進行，溫度恒定為30℃；使用流量計控制模擬降雨，模擬降雨量為單點最大雨量；模擬降雨所用水的pH值為6，向蒸餾水中加入鹽酸溶液調節pH值；光照強度為本地年平均值的2倍，使用UV燈光照射實現。本次試驗周期為400d，每隔20d進行一次取樣，測定樣品滲濾液的量。將滲濾液收集起來，并以滲濾液為標本，測定重金屬含量。

在整個試驗周期內，累計獲得樣品20份，結果如表2所示。可以發現，固化穩定化處理后樣品土壤中銅、鉛、鋅、鎘、鎳、鉻的析出率分別是0.89%、0.75%、0.43%、0.16%、0.41%、0.19%。

表2 復合維度試驗結果

2.3 試驗三

本次試驗在恒溫房中進行，溫度恒定為35℃；使用流量計控制模擬降雨，模擬降雨量為單點最大雨量；模擬降雨所用水的pH值為8，向蒸餾水中加入氫氧化鈉溶液調節pH值；光照強度為本地年平均值的3倍，使用UV燈光照射實現。本次試驗周期為500d，每隔25d進行一次取樣，測定樣品滲濾液的量。將滲濾液收集起來，并以滲濾液為標本，測定重金屬含量。

在整個試驗周期內，累計獲得樣品20份，結果如表3所示。可以發現，固化穩定化處理后樣品土壤中銅、鉛、鋅、鎘、鎳、鉻的析出率分別是0.93%、0.81%、0.55%、0.15%、0.46%、0.21%。

表3 復合維度試驗結果

3 技術優勢

結合多次強化模擬試驗，總結技術優勢主要體現在以下幾個方面：①各變量均能夠實現智能控制，包括試驗穩固、模擬降雨量、雨水PH值等，減少了人為調節操作可能存在的誤差影響，從而進一步提高了試驗結果的精確性和客觀性。此外，智能控制還可以在保證取得預期試驗效果的前提下，盡可能的減少材料和藥劑的使用量，在節能方面也有較為明顯的優勢。②整個試驗的步驟較少，操作方便。主要包括取樣、裝罐、多維度試驗、化驗分析等步驟，各個步驟都比較容易在常規試驗環境下完成，對試驗儀器的依賴程度不高。③試驗結果精確度高，樣品測量結果與現實情況十分接近，試驗結果可以直接作為重金屬土壤后續處理的參考依據。

4 結語

重金屬超標的土壤，經過治理后可以重新利用，對于緩解當前日益緊張的土地資源不足問題起到了一定作用。在進行重金屬土壤治理與再利用的過程中，首先要測定土壤中重金屬含量，以及在多種維度（光照、pH等）下重金屬含量變化情況，為重金屬污染的治理提供必要的參考。