镉污染土壤化学淋洗修复技术研究

朱雪玲 武海鹏

摘 要：开展土壤镉污染的修复技术研究，对于促进人类生活生产质量安全具有重大意义，本研究以无机淋洗剂、天然有机酸、人工螯合剂等淋洗剂为研究对象，研究不同淋洗条件下对镉污染土壤的淋洗效果，通过改变淋洗剂浓度。

关键词：镉污染;土壤;化学淋洗;修复

随着工农业的不断发展和城市化进程的加快以及农用化学物质种类、数量的增加，土壤污染问题日趋突出，尤其是土壤中的重金属污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，有害重金属在土壤中不断富集就会对土壤中的植物系统产生毒害作用，不仅导致土壤退化，生态破坏，还可通过一系列循环在生物体内富集，进而对人类健康和生命安全造成威胁。镉作为一种有巨大危害的重金属，其入侵土壤的方式多种多样，除了对种植产品的质量危害，还可以通过食物链进入人类和动物的体内，造成不可估计的严重后果。由于近年来国内采矿、冶炼以及镉处理等工业规模的快速发展，导致我国农业土壤资源受到重金属镉污染日趋严峻。重金属污染土壤修复主要有物理法、化学法和生物法三种修复技术。物理修复技术是指借助物理手段将污染物从土壤胶体上分离开来，主要包括固定稳定化修复技术、蒸汽浸提技术、热力学修复和电动力学修复等。生物修复是指利用微生物、植物和动物等的代谢活性降解有机污染物，减轻其危害性，改变重金属的活性或在土壤中的形态。物理修复成本高，处理后土壤几乎不能再农用;生物修复处理周期长，可控性差。化学淋洗是指利用外力或重力作用推动淋洗液流过污染土壤，将土壤中的污染物清洗迁移出去，然后对上一步淋洗液进行处理或分离。化学淋洗修复技术适用范围极广，对于重金属污染、放射性元素污染与有机物污染的土壤均有明显的修复作用，是一种可以永久去除土壤中重金属的经济高效修复方法。

1 试验方法

1.1 供试土壤

供试土壤采自北京城区镉重金属污染土壤，土壤性质为粉砂壤土。所釆集的土样在室温条件下自然风干，除去动物干粪便，植物根系及石块后研磨，过10目筛子后储存备用。

1.2 试验方法

1.2.1 试验方案

选用腐植酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸3种淋洗剂对镉污染土壤进行修复。分别配制不同浓度梯度的淋洗液，腐植酸溶液为0.05mol/L、0.1 mol/L、0.15 mol/L三个浓度梯度。乙二胺四乙酸（EDTA）为0.05mol/L、0.1 mol/L、0.15 mol/L三个浓度梯度。柠檬酸为0.1mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L三个浓度梯度。控制固液比为1：10，淋洗时间为3h，研究三种不同浓度的淋洗剂对镉污染土壤的淋洗效果。

1.2.2 试验操作步骤：

①准确称取30.000g土样于500mL锥形瓶中，按照固液比[m（土）：V（液）]=1：10的比例各加入300mL上述淋洗剂，每组设置2个平行实验;②在室温下调节到150r/min的速度振荡淋洗3h，静置沉淀，取上清液100mL，然后再在离心机中以6000r/min的转速离心淋洗后的混合液10min;③将锥形瓶中剩余土样在室温条件下自然风干，研磨，过100目筛子，以待测定;④用电感稱合等离子体（ICP）来测定淋洗液及土壤中镉的含量，比较各种淋洗剂的处理效果，选出其中处理效果较好的淋洗剂。

2 试验结果与分析

2.1 腐殖酸淋洗镉污染土壤

腐殖酸是腐殖质的主要组成部分，它是地球生态环境中分布最为广泛的天然有机物，其结构复杂并含有多种官能团。在参与土壤离子交换反应的过程中具有很高的活性，并且能作為络合剂与重金属镉离子等产生络合反应。腐植酸钠淋洗镉污染土壤（图1），随着淋洗剂浓度的升高，Cd的去除率也随之升高，可见腐植酸修复镉污染土壤的最佳浓度为0.15mol/L，Cd的去除率为47.1%。

2.2 EDTA淋洗镉污染土壤

近年来EDTA是研究的最多的一种化学淋洗剂，它能和土壤中大部分金属离子形成稳定的化合物，当EDTA过量加入时，几乎对所有类型的非岩屑组成的土壤中的重金属阳离子都有较高的洗出效率。刘云国[4]研究发现EDTA对Cd、Pb的萃取率分别可达59.62%，79.74%，同时发现EDTA适合于修复偏碱性的重金属污染土壤，当土壤酸性过强时，EDTA易发生质子化，从而降低其萃取能力。

EDTA淋洗镉污染土壤（图2），随着淋洗剂浓度升高，Cd的去除率呈现先升高后降低的趋势，可见EDTA修复镉污染土壤的最佳浓度为0.1mol/L，Cd的去除率为62.26%。

2.3 柠檬酸淋洗镉污染土壤

柠檬酸具有生物降解性，容易降解，且对环境友好，不易造成二次污染，天然有机酸正在取代无机酸和人工螯合剂，成为土壤淋洗剂研究的热点和发展方向之一。李玉双等[5]用柠檬酸作为药剂，清洗铜、锌、铅等重金属模拟污染的土壤。研究发现，柠檬酸最高可以清除90.4%的镉、82.5%的铜、38.6%的锌。柠檬酸对于可交换态形式存在的重金属去除率最高。柠檬酸最高分别可以去除95.28%、97.31%和96.01%可交换态的镉、铜和铅。同时，柠檬酸对于碳酸盐结合态和铁猛氧化物结合态的重金属也有一定的去除能力。

柠檬酸淋洗镉污染土壤（图3），随着淋洗剂浓度升高，Cd的去除率也随之明显升高，可见柠檬酸修复镉污染土壤的最佳浓度为0.3mol/L，Cd的去除率为66.15%。

3 试验小结

由数据可以看出在同样浓度的淋洗剂（0.1mol/L）条件下，用EDTA淋洗镉污染土壤的去除率明显高于腐植酸和柠檬酸。EDTA浓度分别为0.05mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L，化学淋洗后土壤Cd的去除率分别为56.13%、62.26%、48.58%。实验结果表明，低浓度时土壤重金属的去除率随EDTA浓度的增加而显著增加，继续增加EDTA浓度，去除率反而降低。因此，镉污染土壤淋洗中选用EDTA的最佳浓度为0.1mol/L，Cd的去除率为62.26%。

污染土壤经化学淋洗修复后会被回收利用，陈欣园[1]等对EDTA、FeCl3、柠檬酸淋洗修复后的土壤理化性质进行评价，EDTA修复后的土壤pH值为7.35，土壤TOC为25.29g/kg，综合土壤理化性质的改变，EDTA被认为环境友好型化学淋洗剂。

参考文献：

[1]陈欣园，仵彥卿.不同化学淋洗剂对复合重金属污染土壤的修复机理[J].环境工程学报，2018，12（10）：2845-2854.