鎘污染土壤化學淋洗修復技術研究

朱雪玲 武海鵬

摘 要：開展土壤鎘污染的修復技術研究，對于促進人類生活生產質量安全具有重大意義，本研究以無機淋洗劑、天然有機酸、人工螯合劑等淋洗劑為研究對象，研究不同淋洗條件下對鎘污染土壤的淋洗效果，通過改變淋洗劑濃度。

關鍵詞：鎘污染;土壤;化學淋洗;修復

隨著工農業的不斷發展和城市化進程的加快以及農用化學物質種類、數量的增加，土壤污染問題日趨突出，尤其是土壤中的重金屬污染。土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，有害重金屬在土壤中不斷富集就會對土壤中的植物系統產生毒害作用，不僅導致土壤退化，生態破壞，還可通過一系列循環在生物體內富集，進而對人類健康和生命安全造成威脅。鎘作為一種有巨大危害的重金屬，其入侵土壤的方式多種多樣，除了對種植產品的質量危害，還可以通過食物鏈進入人類和動物的體內，造成不可估計的嚴重后果。由于近年來國內采礦、冶煉以及鎘處理等工業規模的快速發展，導致我國農業土壤資源受到重金屬鎘污染日趨嚴峻。重金屬污染土壤修復主要有物理法、化學法和生物法三種修復技術。物理修復技術是指借助物理手段將污染物從土壤膠體上分離開來，主要包括固定穩定化修復技術、蒸汽浸提技術、熱力學修復和電動力學修復等。生物修復是指利用微生物、植物和動物等的代謝活性降解有機污染物，減輕其危害性，改變重金屬的活性或在土壤中的形態。物理修復成本高，處理后土壤幾乎不能再農用;生物修復處理周期長，可控性差。化學淋洗是指利用外力或重力作用推動淋洗液流過污染土壤，將土壤中的污染物清洗遷移出去，然后對上一步淋洗液進行處理或分離。化學淋洗修復技術適用范圍極廣，對于重金屬污染、放射性元素污染與有機物污染的土壤均有明顯的修復作用，是一種可以永久去除土壤中重金屬的經濟高效修復方法。

1 試驗方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自北京城區鎘重金屬污染土壤，土壤性質為粉砂壤土。所釆集的土樣在室溫條件下自然風干，除去動物干糞便，植物根系及石塊后研磨，過10目篩子后儲存備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗方案

選用腐植酸、乙二胺四乙酸、檸檬酸3種淋洗劑對鎘污染土壤進行修復。分別配制不同濃度梯度的淋洗液，腐植酸溶液為0.05mol/L、0.1 mol/L、0.15 mol/L三個濃度梯度。乙二胺四乙酸（EDTA）為0.05mol/L、0.1 mol/L、0.15 mol/L三個濃度梯度。檸檬酸為0.1mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L三個濃度梯度。控制固液比為1：10，淋洗時間為3h，研究三種不同濃度的淋洗劑對鎘污染土壤的淋洗效果。

1.2.2 試驗操作步驟：

①準確稱取30.000g土樣于500mL錐形瓶中，按照固液比[m（土）：V（液）]=1：10的比例各加入300mL上述淋洗劑，每組設置2個平行實驗;②在室溫下調節到150r/min的速度振蕩淋洗3h，靜置沉淀，取上清液100mL，然后再在離心機中以6000r/min的轉速離心淋洗后的混合液10min;③將錐形瓶中剩余土樣在室溫條件下自然風干，研磨，過100目篩子，以待測定;④用電感稱合等離子體（ICP）來測定淋洗液及土壤中鎘的含量，比較各種淋洗劑的處理效果，選出其中處理效果較好的淋洗劑。

2 試驗結果與分析

2.1 腐殖酸淋洗鎘污染土壤

腐殖酸是腐殖質的主要組成部分，它是地球生態環境中分布最為廣泛的天然有機物，其結構復雜并含有多種官能團。在參與土壤離子交換反應的過程中具有很高的活性，并且能作為絡合劑與重金屬鎘離子等產生絡合反應。腐植酸鈉淋洗鎘污染土壤（圖1），隨著淋洗劑濃度的升高，Cd的去除率也隨之升高，可見腐植酸修復鎘污染土壤的最佳濃度為0.15mol/L，Cd的去除率為47.1%。

2.2 EDTA淋洗鎘污染土壤

近年來EDTA是研究的最多的一種化學淋洗劑，它能和土壤中大部分金屬離子形成穩定的化合物，當EDTA過量加入時，幾乎對所有類型的非巖屑組成的土壤中的重金屬陽離子都有較高的洗出效率。劉云國[4]研究發現EDTA對Cd、Pb的萃取率分別可達59.62%，79.74%，同時發現EDTA適合于修復偏堿性的重金屬污染土壤，當土壤酸性過強時，EDTA易發生質子化，從而降低其萃取能力。

EDTA淋洗鎘污染土壤（圖2），隨著淋洗劑濃度升高，Cd的去除率呈現先升高后降低的趨勢，可見EDTA修復鎘污染土壤的最佳濃度為0.1mol/L，Cd的去除率為62.26%。

2.3 檸檬酸淋洗鎘污染土壤

檸檬酸具有生物降解性，容易降解，且對環境友好，不易造成二次污染，天然有機酸正在取代無機酸和人工螯合劑，成為土壤淋洗劑研究的熱點和發展方向之一。李玉雙等[5]用檸檬酸作為藥劑，清洗銅、鋅、鉛等重金屬模擬污染的土壤。研究發現，檸檬酸最高可以清除90.4%的鎘、82.5%的銅、38.6%的鋅。檸檬酸對于可交換態形式存在的重金屬去除率最高。檸檬酸最高分別可以去除95.28%、97.31%和96.01%可交換態的鎘、銅和鉛。同時，檸檬酸對于碳酸鹽結合態和鐵猛氧化物結合態的重金屬也有一定的去除能力。

檸檬酸淋洗鎘污染土壤（圖3），隨著淋洗劑濃度升高，Cd的去除率也隨之明顯升高，可見檸檬酸修復鎘污染土壤的最佳濃度為0.3mol/L，Cd的去除率為66.15%。

3 試驗小結

由數據可以看出在同樣濃度的淋洗劑（0.1mol/L）條件下，用EDTA淋洗鎘污染土壤的去除率明顯高于腐植酸和檸檬酸。EDTA濃度分別為0.05mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L，化學淋洗后土壤Cd的去除率分別為56.13%、62.26%、48.58%。實驗結果表明，低濃度時土壤重金屬的去除率隨EDTA濃度的增加而顯著增加，繼續增加EDTA濃度，去除率反而降低。因此，鎘污染土壤淋洗中選用EDTA的最佳濃度為0.1mol/L，Cd的去除率為62.26%。

污染土壤經化學淋洗修復后會被回收利用，陳欣園[1]等對EDTA、FeCl3、檸檬酸淋洗修復后的土壤理化性質進行評價，EDTA修復后的土壤pH值為7.35，土壤TOC為25.29g/kg，綜合土壤理化性質的改變，EDTA被認為環境友好型化學淋洗劑。

參考文獻：

[1]陳欣園，仵彥卿.不同化學淋洗劑對復合重金屬污染土壤的修復機理[J].環境工程學報，2018，12（10）：2845-2854.