武迎飛

(河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引 言

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)型和城市化進(jìn)程加快，政府和人民對(duì)土地重金屬污染的問(wèn)題越來(lái)越重視[1，2].如何能夠降低污染物風(fēng)險(xiǎn)并將其從土壤中清理出來(lái)，目前主要有以下幾種方法.物理修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和化學(xué)修復(fù)技術(shù).

其中物理修復(fù)只能更換土體；生物法周期較長(zhǎng)且在重金屬濃度較高的環(huán)境中植物根本就無(wú)法生存；化學(xué)修復(fù)技術(shù)則是最常用的土壤修復(fù)方法.化學(xué)修復(fù)技術(shù)中分為兩種，一是將重金屬固化，雖然可以暫時(shí)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(huì)重新恢復(fù)活性，對(duì)環(huán)境造成二次污染[3].二是利用化學(xué)試劑將重金屬?gòu)耐寥乐星逑闯鰜?lái)，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(shí)際操作較為簡(jiǎn)單，修復(fù)的效果好[4，5].本文就是在室內(nèi)振蕩淋洗的基礎(chǔ)上進(jìn)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(shù)據(jù)支持.

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土樣取自當(dāng)?shù)匾灰睙拸S重金屬污染場(chǎng)地，主要受Pb和Cd污染.土樣經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干、粉碎，并過(guò)2 mm方孔篩后，陰涼貯存以備用.取自然風(fēng)干土樣，用瑪瑙研缽碾磨，過(guò)0.075 mm篩后用于重金屬全量分析，土壤pH值采用酸度法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量用燒失量法測(cè)定，所測(cè)試樣的基本理化性質(zhì)及重金屬含量如表1所示[6].

表1 土的基本性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 振蕩淋洗試驗(yàn)

室內(nèi)振蕩淋洗稱(chēng)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(cè)定濾液中重金屬Pb、Cd的含量，每組均采用3個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值.選取合適的濃度進(jìn)行土柱淋洗試驗(yàn).

1.2.2 土柱淋洗試驗(yàn)

(1)根據(jù)試驗(yàn)需求稱(chēng)量一定量的風(fēng)干土樣，根據(jù)風(fēng)干土樣的質(zhì)量的最優(yōu)含水率稱(chēng)取蒸餾水(注意風(fēng)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(jī)玻璃筒內(nèi)采用分層擊實(shí)法制作土樣，每層擊實(shí)次數(shù)由公式計(jì)算得出，將靜置好的土樣分為4等份，分層放入有機(jī)玻璃筒內(nèi)，根據(jù)擊實(shí)功確定擊實(shí)的次數(shù)，每層擊實(shí)過(guò)后要拉毛再進(jìn)行下一層，擊實(shí)完成后用修土刀將土樣的高度修正至試驗(yàn)所需高度.

(3)土柱淋洗時(shí)，每次淋洗EDTA的量為土柱的一個(gè)空隙體積，共淋洗5次.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 振蕩淋洗結(jié)果分析

圖1 EDTA對(duì)Pb和Cd的去除率

圖1為室內(nèi)振蕩淋洗試驗(yàn)中不同濃度EDTA淋洗劑對(duì)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(xiàn)出不同的趨勢(shì).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(zhǎng)速度一直在下降，在EDTA達(dá)到0.1 mol/L后增長(zhǎng)的斜率明顯趨于平緩，說(shuō)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(shí)達(dá)到最大的淋洗去除率83.6%，0.1 mol/L之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明過(guò)高EDTA淋洗劑濃度對(duì)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(huì)降低，所以結(jié)合不同濃度EDTA淋洗劑對(duì)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(jìn)行土柱淋洗試驗(yàn).在淋洗污染土壤的同時(shí)減小對(duì)土壤環(huán)境的影響.

2.2 土柱淋洗結(jié)果分析

由圖2中土柱淋洗試驗(yàn)中淋出液的重金屬離子濃度分布可以看出,隨著淋洗次數(shù)的增加，重金屬的淋出濃度呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì).其中0.1 mol/L EDTA與0.05 mol/L EDTA淋洗時(shí)Pb的去除率都出現(xiàn)了前3次去除率逐步增加，第4次開(kāi)始逐漸減??；而Cd的去除率是在前2次逐步增加，第3次開(kāi)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(shí)與淋洗劑接觸反應(yīng)的重金屬離子是有限的，經(jīng)過(guò)2～3次的淋洗后，通道內(nèi)與淋洗液接觸的重金屬離子逐漸較少，導(dǎo)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(kāi)始減少，與Cd的去除率相比出現(xiàn)了一定的滯后性，是因?yàn)镃d較容易被EDTA淋洗出來(lái)，在前2次淋洗時(shí)通道內(nèi)的Cd已經(jīng)被淋洗出大部分，導(dǎo)致第3次開(kāi)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(yàn)中，第5次淋洗時(shí)土柱內(nèi)部形成了一定的通道，淋洗劑從通道直接淋出，導(dǎo)致淋洗試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行.隨著淋洗次數(shù)增加，淋出液濃度降低，說(shuō)明EDTA淋洗對(duì)土柱的淋洗作用逐漸變?nèi)?

由圖2中可以看出，2次土柱淋洗Cd去除率的最大值都發(fā)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(fā)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(yàn)中，淋洗劑濃度在0.1 mol/L時(shí)，對(duì)土壤中的重金屬具有較好的去除效果，這與室內(nèi)震蕩淋洗試驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)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(shí)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(shí)的其他數(shù)據(jù)對(duì)比，由表2中可以看出,土柱淋洗時(shí)液固比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于室內(nèi)振蕩試驗(yàn)中的15∶1，說(shuō)明振蕩試驗(yàn)只能給土柱的淋洗提供參考值，因?yàn)閷?shí)際淋洗時(shí)液固比會(huì)發(fā)生較大的變化.針對(duì)土柱的淋洗效果，無(wú)論是在淋洗的耗時(shí)還是在平均的重金屬去除率上70.1 mol/L EDTA的淋洗效果優(yōu)于0.05 mol/L，說(shuō)明淋洗時(shí)選用EDTA的濃度為0.1 mol/L時(shí)較為適宜.

3 總 結(jié)

EDTA對(duì)Pb、Cd重金屬污染土壤在室內(nèi)振蕩淋洗具有較好的去除效果，最高可達(dá)到52.27%、83.65%.在土柱淋洗試驗(yàn)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(dǎo)致淋洗效果與振蕩淋洗相差較遠(yuǎn)，但是總體的趨勢(shì)還是0.1 mol/L EDTA比0.05 mol/L EDTA的淋洗效果好.