上海某原鑄造廠地塊重金屬污染土壤淋洗修復試驗研究

黃宇皎

（上海市環境科學研究院，上海 200233）

引言

隨著城市化進程的不斷發展，通過人類生產活動等途徑進入土壤中的污染物日益增多。其中重金屬類污染物進入環境中后，會在土壤中不斷累積，達到一定濃度會對人體健康和生態環境帶來危害，且重金屬類污染物具有累積性和潛伏性等特點，修復去除難度較大。

之前針對重金屬污染土壤，上海運用較多的是固化穩定化技術，但這種技術并不能徹底清除污染物，需在后期對修復效果和環境安全性進行長期監測。同時，可利用的填埋場地也越來越少。因此，目前針對重金屬污染土壤，上海越來越多地使用淋洗修復技術。

土壤淋洗技術是通過淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等作用，使得土壤顆粒上的污染物脫附、溶解，進而達到修復污染土壤的目的[1]。針對重金屬污染因子，常用的淋洗劑包括無機酸、有機酸、螯合劑、表面活性劑等。本文依托上海某原鑄造廠地塊污染土壤修復項目，以其重金屬污染土壤為研究對象，選定不同淋洗劑開展試驗，探索淋洗最佳條件。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗土壤

本次試驗所用土壤來自于上海市某原鑄造廠污染地塊，樣品深度為1.2 m～1.5 m。土壤樣品經自然風干后，剔除石塊、雜物等，研磨混勻后貯存備用。通過實驗室分析，試驗用污染土壤樣品中重金屬含量分別為：銅19 000 mg/kg，鎳237 mg/ kg，鉛3 140 mg/kg。

圖1 樣品重金屬形態

1.2 試驗設備

淋洗試驗設備采用五級電動振動篩，通過振動和不同孔徑的篩網篩分不同粒徑的土壤顆粒，經淋洗劑淋洗后，檢測不同粒徑土壤中的重金屬含量。

篩網粒徑包括：2 mm，0.5 mm，0.075 mm，0.005 mm，篩上土壤和篩下液體組成五級篩。

1.3 淋洗藥劑

本試驗選用檸檬酸、EDTA二鈉作為淋洗藥劑。

1.4 試驗方法

（1）稱取250 g污染土壤，加入500 mL配置好的一定濃度淋洗劑，攪拌2小時，利用振動篩篩出不同粒徑的污染土壤；

（2）用配置好的一定濃度淋洗劑充分沖洗，收集各級篩上土壤及第五級篩中的泥漿狀液體，最終淋洗劑和土壤的比例約為5:1；

（3）篩下泥漿狀液體緩慢倒入真空抽濾裝置進行抽濾，濾紙上的污泥抽濾完畢后對其進行收集，為便于區分，將其稱為篩下土壤；

（4）將抽濾瓶中的液體轉移至燒杯中，體積約為1.25 L；

（5）將收集到的上清液液體、各級篩上土壤及篩下土壤一并送至實驗室檢測重金屬含量。

檸檬酸濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L，EDTA二鈉濃度分別為0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。

2 試驗結果與分析

2.1 不同濃度檸檬酸淋洗效果

（1）藥劑濃度為0.1 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為32.6%，31.5%，36.9%。在＜0.005 mm粒徑階段，銅的濃度大于修復目標18 000 mg/kg。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標800 mg/kg。

（2）藥劑濃度為0.3 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為56.4%，45.5%，50.4%。銅各粒徑土壤的濃度均低于修復目標，而除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

（3）藥劑濃度為0.5 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

（4）藥劑濃度為1.0 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

圖2 不同濃度檸檬酸淋洗的重金屬去除率

由此可見，當檸檬酸濃度從0.1 mol/L增至0.3 mol/L，重金屬去除率有較大幅度提升，之后逐漸平緩。檸檬酸與土壤混合后，釋放的H+會占據土壤顆粒表面活性吸附位點，與重金屬競爭位點，使其從土壤顆粒表面解吸[2]；同時，檸檬酸的羧基和羥基等官能團與重金屬形成可溶性有機結合體，抑制了重金屬在土壤顆粒表面的吸附[3]。隨著檸檬酸濃度的增大，重金屬的淋洗效率提高。當檸檬酸濃度0.3 mol/L時，在各粒徑階段，銅的濃度均低于修復目標值；而污染土壤中的鉛濃度較高（3 140 mg/kg），修復目標值較低（800 mg/kg），在檸檬酸為1.0 mol/L時仍未能達到修復目標。

表2-1 不同濃度檸檬酸淋洗效果

2.2 不同濃度EDTA二鈉淋洗效果

（1）藥劑濃度為0.01 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為30.4%，11.5%，28.0%。銅在各個粒徑階段濃度均低于修復目標值（18 000 mg/kg）；鉛在各個粒徑階段濃度，均高于修復目標值（800 mg/kg）

（2）藥劑濃度為0.05 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為51.9%，23.9%，48.9%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

（3）藥劑濃度為0.1 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為63.1%，37.2%，64.8%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

（4）藥劑濃度為1.0 mol/L時，銅、鎳、鉛的去除率分別為66.4%，38.2%，65.2%。除＞2 mm粒徑階段，鉛的濃度均大于修復目標。

由此可見，當EDTA二鈉濃度從0.01 mol/L增至0.1 mol/ L，重金屬的去除率有較大幅度的提升，之后逐漸平緩。當EDTA二鈉濃度為0.1 mol/L時，Cu、Ni、Pb的去除率分別為66.4%、38.2%、65.2%。EDTA二鈉主要是通過螯合作用，把土壤顆粒和膠體表面吸附的重金屬離子解析下來，并形成螯合體進而達到去除土壤中重金屬的目的[4]。當EDTA二鈉濃度0.1 mol/L時，在各粒徑階段，銅的濃度均低于修復目標值；而污染土壤中的鉛濃度較高，修復目標值較低，在EDTA二鈉為0.2 mol/L時仍未能達到修復目標。

表2-2 不同濃度EDTA二鈉淋洗效果

圖2-2 不同濃度EDTA二鈉淋洗的重金屬去除率

2.3 檸檬酸、EDTA二鈉復合淋洗與檸檬酸淋洗兩遍效果

根據前述試驗結果，單獨檸檬酸和EDTA二鈉作為淋洗劑，并不能將污染土壤中的鉛淋洗至修復目標值。因此，使用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉以1:1的體積比混合，按前述方法淋洗后測定重金屬的淋洗效果。使用1.0 mol/L檸檬酸，按前述方法淋洗兩遍后測定重金屬的淋洗效果。

由表2-3可見，此兩種條件淋洗效果明顯。

表2-3 不同淋洗劑淋洗效果

復合淋洗劑中檸檬酸加強了淋洗液的酸解作用，促進重金屬從土壤顆粒表面解吸到液相中，提高了EDTA通過螯合捕獲重金屬離子的效果[5]；同時檸檬酸也具備一定的絡合作用，從而使復合淋洗劑的淋洗效果得到了提高。

檸檬酸淋洗兩遍，原有含重金屬的淋洗廢液已被轉移，新加入的淋洗液與污染土壤充分接觸，重金屬能被充分淋出，一定程度上提高了淋洗效果[6]。兩種淋洗條件都能使重金屬鉛達到修復目標。

3 結論

1、檸檬酸和EDTA二鈉對該地塊污染土壤中的重金屬具有一定的淋洗效果。檸檬酸和EDTA二鈉對重金屬的去除能力：Cu＞Pb＞Ni。隨著淋洗液濃度的提升，淋洗效果有明顯增加，濃度到一定程度時，淋洗效果變化趨緩。

2、由于試驗土壤中Pb的濃度較高，修復目標值較低，單獨使用檸檬酸和EDTA二鈉作為淋洗劑時，Pb無法被淋洗至修復目標值。

3、當淋洗時間2小時，固液比1:5，采用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉復合淋洗液時，Cu、Ni、Pb的去除率分別為78.9%、67.4%、75.6%；采用1.0 mol/L的檸檬酸淋洗兩遍時，Cu、Ni、Pb的去除率分別為85.7%、76.1%、79.2%，Pb可以被淋洗至修復目標值。

4、考慮到淋洗兩遍在實際的修復工程中，會增加用水量及廢水處理量，增大成本。選用1.0 mol/L的檸檬酸，0.1 mol/L的EDTA二鈉復合淋洗液，固液比1:5，淋洗1遍可以達到本地塊重金屬的修復目標值。