菠萝皮浸提液对Pb污染土壤的淋洗效果

权雪洁 李雨心

摘要[目的]筛选一种安全、无毒的土壤重金属淋洗液。[方法]通过室内模拟试验，采用振荡淋洗法研究菠萝皮水浸提液对土壤中重金属Pb的淋洗效果，探讨淋洗时间、淋洗次数、液固比对Pb的淋洗效果的影响。[结果]随着淋洗时间的延长，菠萝皮对Pb的淋洗率逐渐增大，在4.0 h时达到最大值；固液比对Pb的去除率影响很大，随着固液比的增大，淋洗率明显提高；适当增加淋洗次数，也能提高Pb的去除率。[结论]淋洗时间为4.0 h，液固比为1∶30，淋洗3次时，菠萝皮对Pb的去除率最大可以达到57.5%。

关键词菠萝皮；重金属；淋洗；影响因素

中图分类号X53文献标识码A文章编号0517-6611（2017）23-0060-02

Removal Efficiency of Pb from Contaminated Soil by Water Extract of Ananas comosus Peel

QUAN Xuejie， LI Yuxin

（College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University， Xian， Shaanxi 710119）

Abstract[Objective]To screen a safe and nontoxic soil heavy metal eluent. [Method]Laboratory simulation tests were conducted to exam the effects of washing reagents （Ananas comosus peel） in extracting the heavy metal Pb from contaminated soils. The effects of reaction time，washing time， soil liquid ratio on washing efficiency of Pb were investigated. [Result]The results showed that Pb removal efficiency significantly increased with increasing reaction time. The maximum value appeared in 4.0 h. The ratio of solid to liquid has a great influence on the removal rate of Pb.As the ratio of soild to liquid increasing， the removd rate increased obviously. Increasing the washing times appropriately can improve the washing efficiency. [Conclusion]The maximum removal efficiency for Pb was 575%， with the ratio of liquid to soild 1∶30， washing 3 times and reaction time of 4.0 h.

Key wordsAnanas comosus peel；Heavy metal；Soil washing；Factor

作者簡介權雪洁（1991—），女，陕西蒲城人，硕士研究生，研究方向：土壤污染治理与修复。

收稿日期2017-05-08

近年来，随着工农业的迅猛反展和城市化的日益加剧，我国土壤重金属污染面积逐年扩大，污染程度也不断加深。我国土壤污染状况不断恶化，尤其是土壤重金属污染已严重影响我国的农业生产[1-2]。据报道，我国每年有超过1 200万t/a的粮食由于受到重金属污染而损失，由此造成的直接经济损失已达200亿元。Pb是一种有毒元素，会损害人体造血系统，引起贫血和神经系统末稍神经炎[3]。Pb进入植物体后也会使植物根部稀疏腐烂，叶绿素含量下降影响光合作用[4]。土壤环境安全关系到整个生态系统的安全，因此，重金属污染土壤的修复迫在眉睫。化学淋洗修复技术是指在重金属污染土壤中加入化学试剂，使土壤中的重金属发生迁移或溶解，通过重力作用，使淋洗剂通过污染土壤和重金属元素发生反应并把之带出，再进一步进行污水处理[5-7]。用于化学淋洗的淋洗剂有无机酸溶液（HCl 和 HNO3等）、有机酸溶液（柠檬酸和酒石酸等）、人工合成的络合剂（EDTA 和 DTPA等）和表面活性剂等[8-15]。研究表明，无机酸、EDTA等能有效去除土壤重金属，但是无机酸能破坏土壤的结构和理化性质，同时还能造成土壤的营养成分流失，大部分络合物、表面活性剂对环境有危害，难以被生物降解，易造成二次污染[16-20]。菠萝皮渣中含有大量柠檬酸及其他小分子有机酸，在淋洗土壤重金属中可能起到至关重要作用，但目前在土壤重金属修复中却鲜见报道。笔者研究了菠萝皮浸提液对Pb污染土壤的淋洗效果，以期为该类淋洗剂在土壤重金属修复中的应用提供理论依据和技术支持。

1材料与方法

1.1供试土壤

土壤采集：选自陕西师范大学校园内，采样深度为0～20 cm。土样经自然风干后，剔除其中的碎石及杂草，磨碎过 2 mm 尼龙筛，混匀，备用。

污染土壤的制备：向过 2 mm 筛后的土壤中加入一定浓度的Pb（NO3）2溶液，自然状态下平衡钝化反应548 d，期间每隔7 d搅拌1次，保证土壤污染均匀。用微波消解仪消解，用原子吸收分光光度仪测定污染土壤中Pb浓度。土壤的基本理化性质：pH 7.8，有机质27.3 g/kg，砂砾35.2%，粉粒42.6%，黏粒 22.1%，Pb含量443.8 mg/kg。

1.2振荡淋洗试验

1.2.1淋洗剂的制备。将新鲜的菠萝皮清洗干净，剪碎，放入榨汁机，加入1 500 mL去离子水，转动30 min，静置过滤得到菠萝皮浸提液，作为淋洗剂，备用。上述淋洗液的pH为4.43。经HNO3-H2O2（1∶1）消解后，原子吸收分光光度法未检测出Pb。

1.2.2

液固比对Pb去除率的影响试验。分别称取1 g被污染土壤置于一系列50 mL离心管中，分别加入10、20、25、30 mL上述淋洗液，固液比分别为1∶10、1∶20、1∶25、1∶30，以蒸馏水为对照组，每处理重复3次。振荡4 h，离心20 min，随后将淋洗液转移到100 mL小烧杯中，向上述残渣中继续加入16 mL蒸馏水，振荡15 min，离心20 min，将上清液转移到前面的小烧杯中，在电热板上加热至小体积，分别加入5 mL HNO3 和5 mL H2O2，加热至透明，随后过滤定容，滤液中的Pb含量用火焰原子吸收分光光度法测定，并计算Pb的淋洗率。

1.2.3

淋洗时间对Pb去除率的影响试验。分别称取1 g被污染土壤置于一系列50 mL离心管中，分别加入30 mL上述淋洗液，振荡0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、12.0 h，设置蒸馏水对照组，每处理重复3次。离心20 min，随后将淋洗液转移到100 mL小烧杯中，向上述残渣中继续加入16 mL蒸馏水，振荡15 min，离心20 min，将上清液转移到前面的小烧杯中，在电热板上加热浓缩至小体积，分别加入5 mL HNO3和5 mL H2O2，加热至透明，随后过滤定容，滤液中的Pb含量用火焰原子吸收分光光度法测定，并计算Pb的淋洗率。

1.2.4淋洗次数对Pb去除率的影响试验。分别称取1 g被污染土壤置于一系列50 mL离心管中，分别加入30 mL上述淋洗液，振荡4 h，离心20 min，随后将淋洗液转移到100 mL小烧杯中，在电热板上加热至小体积，分别加入5 mL HNO3和5 mL H2O2，加熱至透明，随后过滤定容，滤液中的Pb含量用火焰原子吸收分光光度法测定，并计算Pb的第1次淋洗率。然后向固体残渣中加入相同条件的淋洗液，相同方法测定并计算Pb的第2、3次淋洗率。

2结果与分析

2.1蒸馏水对Pb去除率的影响

用30 mL蒸馏水淋洗Pb污染土壤，振荡离心，检测上清液Pb的含量。结果显示，去离子水中几乎测不到Pb含量，说明去离子水几乎不能淋洗出土壤中的Pb元素。

2.2淋洗时间对Pb去除率的影响

从图1可以看出，淋洗时间从0.5 h增加到4.0 h时，淋洗率随着淋洗时间的延长而增大，而继续延长淋洗时间时，淋洗率并无明显的改变。因此，最佳淋洗时间为4.0 h，最大淋洗率为29.7%。

2.3液固比对Pb去除率的影响

从图2可以看出，随着固液比的增大，菠萝皮浸提液的淋洗率也呈提高趋势。这可能是由于淋洗剂用量增加，有机酸含量也相应增加，与重金属发生充分的反应，使得Pb得到解析，释放出来。

2.4淋洗次数对Pb去除率的影响

从图3可以看出，随着淋洗次数的增加，Pb的去除率明显降低，但每次都可以淋洗出一部分重金属，第1次淋洗率为29.7%，第2次为19.4%，第3次淋洗率为8.5%，3次累计可去除土壤中57.5%的Pb。可见，菠萝皮浸提液对土壤中Pb的去除率明显。

3结论

（1）菠蘿皮中可能含有大量的柠檬酸和其他小分子有机酸，这些有机酸能够降低土壤pH，从而能够提取出一部分酸提取态重金属，另一方面，这些有机酸也属于一种天然螯合剂，从而通过螯合作用提取出其他形态的重金属，这可能是菠萝皮浸提液起到一定淋洗效果的作用机制。

（2）菠萝皮浸提液能起到一定的淋洗效果，虽然可能不及一些化学试剂淋洗效果好，但是菠萝皮浸提液不会对土壤造成二次污染，相应还可以提高土壤的肥力，这不仅减少了水果皮对环境的污染，还达到了“以废治废，变废为宝”的目的。虽然这些水果皮的淋洗效果不及其他化学试剂，但是可以通过增加淋洗次数来达到理想的处理效果。

（3）时间是影响淋洗率的一个重要因素，淋洗时间过短或者过长都难以达到理想的淋洗效果。该试验菠萝皮浸提液的最佳淋洗时间为4 h。

（4）菠萝皮对Pb的淋洗率最高可达57.5%，可见，菠萝皮是一种理想的修复重金属污染土壤的生物质材料，对土壤的有机质及营养成分影响较小，甚至可以补充一定的养分。

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