電鍍污染區(qū)土壤淋洗修復(fù)研究

楊曉慶，柏 亮，鄧 亮，陳 濤，潘陳成，范弘晟

（南京理工大學(xué)泰州科技化工學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

電鍍污染區(qū)土壤淋洗修復(fù)研究

楊曉慶，柏 亮，鄧 亮，陳 濤，潘陳成，范弘晟

（南京理工大學(xué)泰州科技化工學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

通過實驗室模擬實驗，采用振蕩淋洗方法，研究草酸、檸檬酸、鹽酸、氯化鈣和EDTA溶液對某電鍍廠附近土壤中重金屬的去除效果。探討了淋洗劑濃度、淋洗時間和土液比對淋洗效果的影響，重點研究了檸檬酸淋洗前后土壤中重金屬形態(tài)的變化。結(jié)果表明，0.8mol/L的檸檬酸在土水比為1∶10，淋洗5h的條件下可以達到最佳淋洗效果，Cu、Ni、Pb、Cr、Cd和Mn的去除率分別是41.81%、33%、19.96%、28.32%、41.4%和58.48%。

電鍍；重金屬；土壤；淋洗修復(fù)

土壤作為重要的自然資源是整個生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)[1]。隨著城鄉(xiāng)工業(yè)不斷發(fā)展壯大，土壤污染問題越來越嚴重，修復(fù)及防治土壤污染已成為當(dāng)前亟待解決的重要問題。土壤淋洗是一種可以有效修復(fù)重金屬污染土壤的方法，具有易于操作、處理時不需直接接觸污染物、處理成本低且效率高、二次污染小等優(yōu)點，目前已作為廉價和有效的修復(fù)手段在工程中被廣泛應(yīng)用[2-5]。本研究采用土壤淋洗法對電鍍污染區(qū)重金屬污染土壤進行修復(fù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤取自泰州某電鍍污染區(qū)，為多點混合樣。土樣經(jīng)自然風(fēng)干，研磨，過篩，備用。測定得到供試土壤基本理化性質(zhì)：pH6.8，沙粒含量40.28%，黏粒含量20.64%，屬于砂質(zhì)黏壤土。

1.2 試驗方法

1.2.1 重金屬全量測定

準(zhǔn)確稱取0.4g樣品于50mL聚四氟乙烯坩堝中，加硝酸、高氯酸、氫氟酸消解完全后轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶，定容，用火焰原子吸收光譜測定金屬含量。

1.2.2 重金屬形態(tài)分析

采用Tessier五步連續(xù)提取法[6]對重金屬形態(tài)進行測定。

1.2.3 土壤淋洗操作

稱取一定量土樣于250mL錐形瓶中，加入淋洗劑后置于水浴恒溫振蕩器中連續(xù)振蕩12h，定容至25mL，用火焰原子吸收分光光度計測量。

2 淋洗劑的篩選

初步確定乙二胺四乙酸（EDTA）、氯化鈣、草酸、檸檬酸和鹽酸5種淋洗劑，篩選出效果較好的淋洗劑進行深入研究。實驗結(jié)果見圖1。

圖1 不同淋洗劑對土壤重金屬的提取能力

由圖1可知，5種淋洗劑均可不同程度地從土壤中淋洗出重金屬來，EDTA對重金屬的提取效果明顯要好于其他淋洗劑，草酸和檸檬酸淋洗效果次之，鹽酸和氯化鈣的提取效果相近，但顯著低于其他淋洗劑。EDTA盡管提取效果最好，但是使用成本高且易對環(huán)境造成二次污染[7]。檸檬酸對大部分金屬有較強的淋洗效果，水溶性較強，易于操作，在土壤中的殘留可被生物分解，比草酸更加具有環(huán)境友好性[8]。所以本研究確定檸檬酸作為進一步淋洗研究的對象。

3 檸檬酸淋洗條件的優(yōu)化

3.1 淋洗劑濃度對重金屬去除的影響

由圖2見，檸檬酸濃度在0.8mol/L以下時，重金屬去除率均在提高；濃度從0.8mol/L往后重金屬的去除率保持穩(wěn)定。因此，檸檬酸最佳淋洗濃度為0.8mol/L。

圖2 檸檬酸濃度對土壤重金屬去除效果的影響

3.2 淋洗時間對重金屬去除的影響

理論上講，淋洗的時間越長，淋洗劑與土壤中重金屬的反應(yīng)時間越長，去除效果越好。從圖3可以看出，5種重金屬去除率都隨淋洗時間的增長而 增加。在0.5～5h內(nèi)，重金屬的去除率在不斷提高；5～12h，重金屬的去除率逐漸平穩(wěn)，個別金屬略有下降。因此，最佳淋洗時間為5h。

圖3 淋洗時間對土壤重金屬去除效果的影響

3.3 土液比對土壤中重金屬去除率的影響

由圖4可見，隨土液比增大，檸檬酸對重金屬的提取量逐漸增加，在土液比達到1∶10后去除率并無明顯提高且土液比過大會增加工藝難度，因此以1∶10為最佳，Cu、Ni、Pb、Cr、Cd和Mn的去除率分別是41.81%、33%、19.96%、28.32%、41.4%和58.48%。

圖4 土液比對土壤重金屬去除效果的影響

4 淋洗前后土壤重金屬形態(tài)的變化

經(jīng)過0.8mol/L的檸檬酸溶液振蕩淋洗5h（土液比為1∶20）的土壤為研究對象進行形態(tài)分析試驗。淋洗后的土樣經(jīng)過自然風(fēng)干后，將其研磨過100目篩，并以未淋洗的過100目篩土樣作為對比。殘渣態(tài)一般不可以被直接利用且含量相對較高，對環(huán)境污染相對較小[9]；可交換態(tài)具有生物可利用性，該形態(tài)內(nèi)重金屬容易被植物所吸收；在較強酸性條件下，其余三種形態(tài)中重金屬會向環(huán)境釋放[10]。因此，殘渣態(tài)以外的其余4種形態(tài)對土壤的污染更直接。實驗結(jié)果如圖5。

圖5 淋洗前后重金屬形態(tài)變化

由圖5可見，淋洗后土壤中的重金屬基本上都是以殘渣態(tài)為主的形式存在，說明檸檬酸能有效去除這部分移動性強、生物有效性高和對環(huán)境風(fēng)險大的重金屬離子，達到了修復(fù)效果; 同時也去除了部分殘渣態(tài)的重金屬離子，減少了潛在的環(huán)境風(fēng)險。

5 小結(jié)

（1）通過實驗，本研究最終篩選出檸檬酸作為淋洗劑，檸檬酸對大部分重金屬有較強的淋洗效果，溶解性較強，易于操作，成本也較低，而且是天然螯合劑，其在土壤中的殘留可被生物降解，不會對環(huán)境造成二次污染。

（2）檸檬酸對土壤樣品的最佳淋洗條件為：淋洗時間5h，土液比1∶10，淋洗劑濃度0.8mol/L。在該條件下它對Cu、Ni、Pb、Cr、Cd和Mn的去除率分別是41.81%、33%、19.96%、28.32%、41.4%和58.48%。

（3）選擇檸檬酸為淋洗劑在最優(yōu)淋洗條件下對淋洗前后的土壤樣品進行重金屬的形態(tài)分級試驗，經(jīng)檸檬酸Ⅴ淋洗后，殘渣態(tài)重金屬含量明顯減少；對于具有生物可Ⅴ利用性形態(tài)（可交換態(tài)）及潛在可利用性形態(tài)（碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)）中的重Ⅴ金屬萃取量較多，基本達到了淋洗的目的。

[1] 崔德杰，張玉龍.土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)研究進展[J]．土壤通報，2004，35（3）：366-370．

[2] 陳懷滿.土壤中化學(xué)物質(zhì)的行為與環(huán)境質(zhì)量[M].北京：科學(xué)出版社，2002:268-315．

[3] 李廣賀．污染場地環(huán)境風(fēng)險評價與修復(fù)技術(shù)體系[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010:56-67．

[4] 韓春梅，王林山，鞏宗強，許華夏.土壤中重金屬形態(tài)分析及其環(huán)境學(xué)意義[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（12）：1499-1502．

[5] Dermont G，Bergeron M，Mercier G，Richer-Lafleche M.Soil washing for metalremoval: areview of physical/chemicaltechno logiesand field applications[J].Journal of hazardous materials，2008，152（1）：1-31．

[6] 甘文君，何躍，張孝飛，單艷紅，鄭麗萍，林玉鎖.電鍍廠污染土壤重金屬形態(tài)及淋洗去除效果[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2012，28（1）：82-87．

[7] 梁金利，蔡煥興，段雪梅，戴玄吏，余益軍.有機酸土柱淋洗法修復(fù)重金屬污染土壤[J]．環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（9）：3339-3343．

[8] 張孝飛，林玉鎖，俞飛，李波.城市典型工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染狀況研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2005，14（4）：512-515．

[9] Chu W，Chan K H.The mechanism of the surfactant-aidedsoil washing system for hydrophobic and partialhyd rophobic organics[J].The science of thetotal environment，2003，307（1）：83-92．

[10] 郭觀林，周啟星，李秀穎．重金屬污染土壤原位化學(xué)固定修復(fù)研究進展[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（10）：1990-1996．

[11] 李其林，黃昀，駱東奇.重慶市蔬菜基地土壤中重金屬含量及污染特征[J].土壤與環(huán)境，2000，9（4）：270-273.

[12] Wong S C，Li XD，Zhang G，et al．Heavy metals in agricultural soils of the Pearl River Delta，South China[J].Environm ental Pollution，2002，119：33-44.

[13] 王貴，姚德，郜睿智.包頭公園土壤重金屬含量水平及污染評價[J].山東理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，21（5）：1-4.

[14] BLASERP，ZIMM ERMANNS，LUSTERJ，etal.Criticalexamination of trace e lem ent enrichm en ts and dep letions in soils：As，Cr，Cu，Ni，Pb，and Znin Swiss forest soils[J].The Science of the Total Environmental. 2000，249：257-280.

[15] 陳峰，尹春芹，蔣新，等.基于GIS的南京市典型蔬菜基地土壤重金屬污染現(xiàn)狀與評價[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2008，24（2）：40-44.

Research on Drip Washing and Rehabilitation of Soil in Polluted Areas of Electroplate

YANG Xiao-qing, BAI Liang, DENG Liang, CHEN Tao, PAN Chen-cheng, FAN Hong-sheng

X53

A

1006-5377（2014）09-0050-03

2012年泰州市社會發(fā)展計劃項目（2012155）。