Cd、Zn污染土壤淋洗工艺探究

2018-08-31王继宇杨润田宋少宇王艳伟

智能城市 2018年14期

关键词：固液烧杯柠檬酸

王继宇杨润田刘鹏宋少宇王艳伟

北京建工环境修复股份有限公司，北京 100015

土壤污染与其他污染不同，进入土壤的重金属，容易发生积累，当重金属浓度超过土壤容纳限度时，就会对土壤结构、生态环境造成破坏。重金属进入人体后，还会引发人体各种疾病，使得人体健康受损。

重金属Cd当在人体内积累到一定量后，会破坏人体器官及组织，易引起心脑血管疾病、泌尿系统疾病等，严重的还会影响骨豁发育。

微量的重金属Zn是动植物生长发育中不可或缺的物质。但是因外界环境原因导致体内Zn浓度过高，会引发多种疾病，严重时甚至可以影响白细胞的杀菌能力，降低人体抵抗力，减弱免疫功能；如果母体中Zn含量过高，则有致畸形的风险。

1 淋洗剂的介绍与选取

淋洗剂的选取要综合要考虑以下条件：（1）淋洗剂不对土壤理化性质有较严重的破坏；（2）淋洗剂价廉、较易获取；（3）淋洗效果好；（4）淋洗剂尽量做到可以回收利用，且对环境产生不利影响较小。

工程实践中常用的淋洗剂有无机淋洗剂、人工螯合剂、表面活性剂、天然有机酸等。

考虑对比之下，天然有机酸柠檬酸较其他种类的淋洗剂具有无毒、较易降解、不易引起土壤二次污染等优点，其价格较低，具备在工程实践中推广的优势。而且，许多研究表明，柠檬酸对重金属Cd的去除效果较好，因此，选取柠檬酸作为本研究的淋洗剂。

2 材料和方法

2.1 试验材料

供试污染土壤样品取自某化工厂地，经前期场地环境污染初步调查可知，该场地部分车间区域存在重金属Cd、Zn污染，且超标严重。采样结束后将供试土壤转移至实验室内，待自然风干后，研磨、过筛后装入土壤保存袋。供试土壤重金属背景浓度值见表1。

表1 供试土壤重金属背景浓度值（mg/kg）

2.2 淋洗试验

通过试验，分别确定柠檬酸最佳浓度、淋洗时间及淋洗固液比。

2.2.1 柠檬酸最佳浓度确定实验

准确称取自然风干的10g供试土壤，放置于250ml烧杯中，设置柠檬酸浓度梯度为0.01、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mol/L，淋洗固液比选取1：10，分别加入上述设定浓度梯度的柠檬酸100mL，分别在室温下用机械搅拌器以250r/min的转速低速搅拌2h，从烧杯中取均匀混合样适量，放置于50ml离心管中离心，经过0.22 μ m滤膜过滤，将滤液稀释后，检测并计算重金属的去除率。

经计算可知，重金属Cd的去除量随着柠檬酸浓度的升高而逐渐增加。柠檬酸浓度由0.01mol/L增加到0.2mol/L时，柠檬酸对重金属Cd的去除效果明显。柠檬酸浓度为0.01mol/L时，重金属Cd的去除率百分比为10.2%。柠檬酸浓度为0.2mol/L时，重金属Cd的去除率百分比为61.6%，重金属Cd的去除量为64.3mg/kg，比柠檬酸浓度为0.01mol/L时的Cd的去除量增加了53.6mg/kg。

当柠檬酸浓度由0.2mol/L逐渐增加至1mol/L时，重金属Cd的去除量增加缓慢。柠檬酸浓度为1mol/L时，重金属Cd的去除量为68.34mg/kg，重金属Cd去除率百分比为65.5%，去除率较0.2mol/L时仅提高3.9%。其原因可能是因Cd在供试土壤中赋存状态的原因，导致易被柠檬酸淋洗的Cd在0.2mol/L时已大部分被去除，即使增加柠檬酸的浓度，Cd的去除率仍不会明显增加。因此，柠檬酸浓度为0.2mol/L时，可以满足对重金属Cd的淋洗处理。

当柠檬酸浓度由0.01mol/L增加到0.4mol/L时，随着柠檬酸浓度的增加，重金属Zn的去除量显著增加。柠檬酸浓度为0.4mol/L时，重金属Zn的去除量为2285.43mg/kg，去除率为69.4%。当柠檬酸浓度从0.4mol/L增加至1mol/L时，去除量仅增加97mg/kg，去除率仅增加2.9%，增加量较小。

综上考虑，当柠檬酸浓度为0.2mol/L时，对重金属Cd的淋洗效果较好。对于重金属Zn来说，当柠檬酸浓度为0.2mol/L时，去除率为62.4%，仅比0.4mol/L时少7%，考虑到淋洗成本，选用柠檬酸浓度为0.2mol/L作为最佳淋洗浓度。

2.2.2 淋洗时间实验

对供试土壤采用低速搅拌淋洗，柠檬酸最佳淋洗浓度为0.2mol/L。准确称取自然风干10g的供试土壤，放置于250ml烧杯中，淋洗固液比选取1：10，分别加入最佳淋洗浓度为0.2mol/L柠檬酸100mL，设置8组淋洗时间筛选试验，在室温下用机械搅拌器以250r/min转速低速分别搅拌淋洗0.5、1、2、4、6、8h，从烧杯中取均匀混合样适量，放置于50ml离心管中离心，经过0.22 μ m滤膜过滤，将滤液稀释后，检测并计算重金属去除率。

计算可知，搅拌时间由0.5～2h时，重金属Cd的去除率百分比由26.6%增加至64.5%，Cd的去除量增加39.6 mg/kg，重金属Zn的去除率百分比由28.1%增加至62.4%，Zn的去除量增加1129.89mg/kg，此阶段Cd、Zn的去除效果较明显。2～8h之间，重金属Cd、Zn的去除率增长缓慢，搅拌淋洗8h后的Cd、Zn的去除率百分比分别为69.6%、66.5%，比搅拌淋洗2h的去除率多5.1%，Cd、Zn的去除量分别为72.5、2192.6mg/kg，仅比搅拌淋洗2h的去除量多5.26、135.3mg/kg。由此可见，搅拌淋洗2h对重金属Cd、Zn有较好的去除效果。故2h为搅拌淋洗最佳时间。

2.2.3 淋洗固液比确定实验

通过浓度梯度实验和时间曲线实验，可得柠檬酸最佳淋洗浓度为0.2mol/L，最适的淋洗时间为2h。选用上述淋洗剂浓度及淋洗时间条件，准确称取自然风干的10g供试土壤，放置于250ml烧杯中，设置7组固液比梯度实验，固液比分别为1：2.5、1：5、1：7.5、1：10、1：12.5、1：15、1：17.5、1：20，分别加入0.2mol/L柠檬酸淋洗剂25、50、75、100、125、150、175、200mL，在室温下用机械搅拌器以250r/min转速低速分别搅拌淋洗2h后，从烧杯中取均匀混合样适量，放置于50ml离心管中离心，经过0.22 μ m滤膜过滤，将滤液稀释后，检测并计算重金属去除率。

经计算，随着柠檬酸体积的增加，重金属Cd、Zn去除量增加，特别是固液比由1：2.5逐步变化为1：10过程中，重金属Cd、Zn去除率明显增加，固液比由1：10变化为1：20过程中，重金属Cd、Zn去除率增长趋势平缓。固液比为1：10时，Cd去除率为60.7%，Zn去除率为64.9%。固液比为1：20时，Cd的去除率为66.5%，Zn去除率为70.2%，相比之下，柠檬酸体积增加1倍，Cd、Zn去除率仅增加5.85%、5.3%，因此，选用1：10为搅拌淋洗最佳固液比。