重金属污染土壤淋洗修复技术研究

2018-06-17张静静

科学与技术 2018年25期

张静静

摘要：重金属污染具有潜伏性，对环境及人类的危害巨大。淋洗修复可以去除重金属的总量，对于污染严重的区域，如尾矿堆积处等，淋洗法比一般的修复法更彻底，更快速。本文主要介绍了淋洗剂的种类以及影响淋洗效果的几个因素，以期为以后的工程应用提供理论依据。

关键词：重金属；土壤；淋洗剂；修复

近年来，工业生产在给人类经济带来高速发展的同时，也带来了严重的环境问题。工厂废水乱排，冶炼厂矿渣随意堆放，农药的过量使用等等都造成了土壤重金属污染。重金属在土壤环境中迁移性差，不能被降解，最终通过食物链影响到人类的健康。污染严重的土壤会导致农作物减产，重金属在作物体内富集，人或牲畜食用后，就会引起慢性中毒。长期暴露在下，会导致人体和动物的肾脏、肝脏等疾病以及生殖和神经系统不可修复的损伤[1]。

1.土壤砷污染修复技术

目前，重金属污染土壤的修复方法主要有物理化学修复、生物修复以及联合修复。物理化学法包括化学钝化、淋洗、电动修复等，生物修复法包括植物提取、植物挥发、植物富集等[2]。与其他只能改变重金属存在形态的方法不同，淋洗法因其能够快速去除金属总量，技术上容易操作，修复周期短等优点，越来越受到国内外专家的关注。

2.淋洗剂的种类

淋洗剂的选择是淋洗技术的关键。目前淋洗剂大体分以下几类：无机淋洗剂、表面活性剂、天然有机酸、人工络合剂。

2.1无机淋洗剂

常用的无机淋洗剂包括NaOH、HCl等强酸强碱溶液，也包括KH2PO4、NaH2PO4、CaCl2等盐类溶液，这类淋洗剂主要通过离子交换、络合等作用去除土壤中的重金属。陈灿[3]通过对比相同浓度情况下，HCl、NaOH、KH2PO4几种淋洗剂对砷的去除效果，发现四种淋洗剂的去除率分别为54.42%、76.52%、70.44%。陈寻峰[4]对比了五种淋洗剂对砷的去除效果，结果表明：去除效果从好到差依次为草酸、NaOH、EDTA、KH2PO4、柠檬酸。

2.2表面活性剂

表面活性剂修复污染土壤的机理主要是表面活性剂的亲水基伸入水相，憎水基与污染物或土壤颗粒结合，降低污染物在土壤表面的附着力，促进土壤表面污染物的溶解，从而达到修复土壤的目的。孟蝶[5]选用鼠李糖脂对铅和镉复合污染的土壤进行淋洗修复，结果表明：低浓度的鼠李糖脂对铅和镉的去除率很低，当浓度增加到4 g·L-1时，对铅的去除率也只有18.0%。

2.3天然有机酸

天然有机酸（包括草酸、柠檬酸、苹果酸和乙酸等），在自然界中广泛存在，它们主要是通过羧基和羟基等基团与重金属发生络合反应，形成络合物，使重金属从土壤颗粒中脱离开来，从而达到修复土壤的目的。许端平[6]采用酒石酸、柠檬酸和草酸作为淋洗剂，研究其对土壤中铅和镉的去除效果，三者对铅的去除率最高分别为46.16%、46.16%、32.47%，对镉的去除率最高分别为55.45%、53.56%和40.76%。

2.4人工螯合剂

人工螯合剂作为淋洗剂的主要作用机理是，首先将吸附在土壤颗粒表面的重金属离子解吸下来，再通过络合作用与重金属离子形成稳定的络合物，从而达到修复土壤的目的。比较常用的的人工螯合剂有EDTA、DTPA、NTA等。咸思雨[7]研究了EDTA、柠檬酸、鼠李糖脂对含镉土壤的淋洗情况，0.1mol·L-1 EDTA对镉的去除率可以达到86.63%，0.6mol·L-1柠檬酸的去除率为60.32%，鼠李糖脂的去除率仅有27.33%。

3.影响淋洗效果的因素

除了淋洗剂的种类，淋洗剂的浓度、pH、固液比和淋洗时间也会对淋洗效果产生很大的影响。

3.1淋洗剂浓度

淋洗剂浓度主要是通过影响与重金属离子结合位点多少来影响淋洗效果。一般来说，淋洗效果随着淋洗剂浓度的增加而增加，到达最高点后，或保持平稳或下降。

孙浩然[8]选用不同浓度的酒石酸、苹果酸和EDTA对砷、锑污染的土壤进行淋洗研究发现，三种淋洗剂淋洗速率随着浓度的增大表现为先快后慢，然后逐渐趋于平缓。武迎飞等[9]用不同浓度的EDTA对As、Sb污染的土壤进行淋洗实验，有发现随着EDTA浓度的增加，Cd的去除率先增加后降低，在浓度为0.1 mol·L-1时去除率达到最高83.6%；而Pb的去除率随着EDTA浓度的增加一直在增加，直到实验的最终浓度0.2 mol·L-1，还没达到最大值。

3.2 淋洗剂pH

pH值是影响淋洗效果的重要因素之一，它主要是通过影响络合物的形成和土壤的吸附能力来影响淋洗效果。有关学者采用不同pH值的混合淋洗剂对污染土壤进行淋洗发现，淋洗液pH为5和7时对Pb和Cu的去除率比pH为2.75时要高。

3.3 固液比

固液比是淋洗土壤质量与淋洗剂体积之比，它的大小可以直接影响到淋洗的效果和成本。固液比过高会导致淋洗剂与污染土壤接触不充分，淋洗效率降低；固液比过低则会使淋洗剂用量过多，所需处理的淋洗废液也会增多，造成处理成本增加。

贾俊峰[10]等选择Na2S2O3溶液淋洗汞污染的土壤，研究发现当固液比由1：5逐渐降低到1：30时，汞的去除率从13.87%降低到了10.80%，故最优淋洗条件液固比为1：5。

3.4 淋洗时间

不同淋洗剂针对不同重金属最优的淋洗时间是有差异的。王伟亚[11]等采用0.1mol·L-1的EDTA溶液淋洗河道底泥，前30min反应已经基本完成，后面时间继续增加，淋洗量只有略微增加，意义不大。

4.结论与展望

淋洗修复法是一种投资相对较少，工艺简单且去除效率高的可以彻底去除土壤中重金属的方法。淋洗修复的首要工作是进行淋洗剂的选择，优先选择对土壤结构破坏小且淋洗效果好的淋洗剂，天然有机酸就是不错的选择，易降解，不易造成二次污染。至于淋洗剂浓度、pH值、固液比和淋洗时间则要经过预实验来确定，不能一概而论。

参考文献

[1]曾晨，郭少娟，杨立新. 汞、镉、铅、砷单一和混合暴露的毒性效應及机理研究进展[J]. 环境工程技术学报，2018（2）.

[2]廖国权，李华. 土壤砷污染的淋洗修复研究进展[J]. 图书情报导刊，2011，21（34）：172-174.