EDTA淋洗修复Pb、Cd重金属污染土壤

武迎飞

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454000)

0 引 言

随着我国的经济模式转型和城市化进程加快，政府和人民对土地重金属污染的问题越来越重视[1，2].如何能够降低污染物风险并将其从土壤中清理出来，目前主要有以下几种方法.物理修复技术、生物修复技术和化学修复技术.

其中物理修复只能更换土体；生物法周期较长且在重金属浓度较高的环境中植物根本就无法生存；化学修复技术则是最常用的土壤修复方法.化学修复技术中分为两种，一是将重金属固化，虽然可以暂时解除危害，但是固化的重金属在某种特定条件(例如冻融条件)下会重新恢复活性，对环境造成二次污染[3].二是利用化学试剂将重金属从土壤中清洗出来，可以彻底地清除土壤中的重金属污染物，而且适用范围较广，实际操作较为简单，修复的效果好[4，5].本文就是在室内振荡淋洗的基础上进行重金属污染土壤的土柱淋洗，为重金属污染土壤的原位淋洗提供数据支持.

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

供试土样取自当地一冶炼厂重金属污染场地，主要受Pb和Cd污染.土样经室内风干、粉碎，并过2 mm方孔筛后，阴凉贮存以备用.取自然风干土样，用玛瑙研钵碾磨，过0.075 mm筛后用于重金属全量分析，土壤pH值采用酸度法测定，有机质含量用烧失量法测定，所测试样的基本理化性质及重金属含量如表1所示[6].

表1 土的基本性质

1.2 实验方案

1.2.1 振荡淋洗试验

室内振荡淋洗称取2 g土样分别置于一系列50 mL离心管中，加入浓度梯度为0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.075 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L的EDTA溶液，液土比为15∶1，在振荡器上以200 r/min恒温(25℃)振荡24 h，所得样品以3000 r/min离心20 min，取上清液，用0.45 μm滤膜分离提取液，测定滤液中重金属Pb、Cd的含量，每组均采用3个平行样，结果取平均值.选取合适的浓度进行土柱淋洗试验.

1.2.2 土柱淋洗试验

(1)根据试验需求称量一定量的风干土样，根据风干土样的质量的最优含水率称取蒸馏水(注意风干土样的初始含水率)，均匀地将蒸馏水喷洒在土样上，把土样搅拌均匀后放入自封袋中静置24 h，保证土样与水分充分混合，确保土样含水率一致.

(2)在有机玻璃筒内采用分层击实法制作土样，每层击实次数由公式计算得出，将静置好的土样分为4等份，分层放入有机玻璃筒内，根据击实功确定击实的次数，每层击实过后要拉毛再进行下一层，击实完成后用修土刀将土样的高度修正至试验所需高度.

(3)土柱淋洗时，每次淋洗EDTA的量为土柱的一个空隙体积，共淋洗5次.

2 试验结果分析

2.1 振荡淋洗结果分析

图1 EDTA对Pb和Cd的去除率

图1为室内振荡淋洗试验中不同浓度EDTA淋洗剂对重金属Pb和Cd的去除率的影响.由图1中可以看出,Pb和Cd的去除率随着EDTA浓度的增加表现出不同的趋势.Pb的去除率随着EDTA淋洗剂浓度的增加逐渐增大，但是去除率的增长速度一直在下降，在EDTA达到0.1 mol/L后增长的斜率明显趋于平缓，说明随着EDTA浓度的增加其有效利用性在逐渐降低.Cd的去除率在EDTA浓度为0～0.75 mol/L之间缓慢上升，0.075～0.1 mol/L极速增大且在0.1 mol/L时达到最大的淋洗去除率83.6%，0.1 mol/L之后呈现下降趋势，说明过高EDTA淋洗剂浓度对去除土壤中的Cd有反作用.

王平等[7]表明随着淋洗剂浓度的增加，淋洗后土壤的pH会降低，所以结合不同浓度EDTA淋洗剂对土壤中重金属的去除率的影响，选择浓度为0.05 mol/L、0.1 mol/L的EDTA进行土柱淋洗试验.在淋洗污染土壤的同时减小对土壤环境的影响.

2.2 土柱淋洗结果分析

由图2中土柱淋洗试验中淋出液的重金属离子浓度分布可以看出,随着淋洗次数的增加，重金属的淋出浓度呈现不同的变化趋势.其中0.1 mol/L EDTA与0.05 mol/L EDTA淋洗时Pb的去除率都出现了前3次去除率逐步增加，第4次开始逐渐减小；而Cd的去除率是在前2次逐步增加，第3次开始逐步减小.这是由于淋洗剂在土柱中的路径是固定的，淋洗时与淋洗剂接触反应的重金属离子是有限的，经过2～3次的淋洗后，通道内与淋洗液接触的重金属离子逐渐较少，导致淋出液的重金属离子浓度逐渐减小.Pb的去除率在第4次开始减少，与Cd的去除率相比出现了一定的滞后性，是因为Cd较容易被EDTA淋洗出来，在前2次淋洗时通道内的Cd已经被淋洗出大部分，导致第3次开始Cd的去除率逐渐下降.

其次，在0.05 mol/L EDTA的土柱淋洗试验中，第5次淋洗时土柱内部形成了一定的通道，淋洗剂从通道直接淋出，导致淋洗试验无法进行.随着淋洗次数增加，淋出液浓度降低，说明EDTA淋洗对土柱的淋洗作用逐渐变弱.

由图2中可以看出，2次土柱淋洗Cd去除率的最大值都发生在第二次淋洗，但是0.1 mol/L EDTA的去除率较大为13.85%；Pb的去除率最大值由于滞后发生在第3次淋洗，同样0.1 mol/L EDTA的去除率较大为3.81%.淋出液重金属离子浓度比较可以得出，土柱淋洗试验中，淋洗剂浓度在0.1 mol/L时，对土壤中的重金属具有较好的去除效果，这与室内震荡淋洗试验时得到的结果是一致的.

图2 土柱淋洗重金属的去除率

淋洗剂浓度/(mol/L)淋洗液总量/(g)液固比淋洗时间/平均值/(h)淋洗效率/(%)PbCd0.144201.291632/326.411.7535.980.0535361.031464/3669.2426.09

表2为土柱淋洗时的其他数据对比，由表2中可以看出,土柱淋洗时液固比远远小于室内振荡试验中的15∶1，说明振荡试验只能给土柱的淋洗提供参考值，因为实际淋洗时液固比会发生较大的变化.针对土柱的淋洗效果，无论是在淋洗的耗时还是在平均的重金属去除率上70.1 mol/L EDTA的淋洗效果优于0.05 mol/L，说明淋洗时选用EDTA的浓度为0.1 mol/L时较为适宜.

3 总 结

EDTA对Pb、Cd重金属污染土壤在室内振荡淋洗具有较好的去除效果，最高可达到52.27%、83.65%.在土柱淋洗试验中由于液固比的下降，且淋洗剂与土壤中重金属的接触条件有限，导致淋洗效果与振荡淋洗相差较远，但是总体的趋势还是0.1 mol/L EDTA比0.05 mol/L EDTA的淋洗效果好.