上海某原铸造厂地块重金属污染土壤淋洗修复试验研究

黄宇皎

（上海市环境科学研究院，上海 200233）

引言

随着城市化进程的不断发展，通过人类生产活动等途径进入土壤中的污染物日益增多。其中重金属类污染物进入环境中后，会在土壤中不断累积，达到一定浓度会对人体健康和生态环境带来危害，且重金属类污染物具有累积性和潜伏性等特点，修复去除难度较大。

之前针对重金属污染土壤，上海运用较多的是固化稳定化技术，但这种技术并不能彻底清除污染物，需在后期对修复效果和环境安全性进行长期监测。同时，可利用的填埋场地也越来越少。因此，目前针对重金属污染土壤，上海越来越多地使用淋洗修复技术。

土壤淋洗技术是通过淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等作用，使得土壤颗粒上的污染物脱附、溶解，进而达到修复污染土壤的目的[1]。针对重金属污染因子，常用的淋洗剂包括无机酸、有机酸、螯合剂、表面活性剂等。本文依托上海某原铸造厂地块污染土壤修复项目，以其重金属污染土壤为研究对象，选定不同淋洗剂开展试验，探索淋洗最佳条件。

1 试验材料及方法

1.1 试验土壤

本次试验所用土壤来自于上海市某原铸造厂污染地块，样品深度为1.2 m～1.5 m。土壤样品经自然风干后，剔除石块、杂物等，研磨混匀后贮存备用。通过实验室分析，试验用污染土壤样品中重金属含量分别为：铜19 000 mg/kg，镍237 mg/ kg，铅3 140 mg/kg。

图1 样品重金属形态

1.2 试验设备

淋洗试验设备采用五级电动振动筛，通过振动和不同孔径的筛网筛分不同粒径的土壤颗粒，经淋洗剂淋洗后，检测不同粒径土壤中的重金属含量。

筛网粒径包括：2 mm，0.5 mm，0.075 mm，0.005 mm，筛上土壤和筛下液体组成五级筛。

1.3 淋洗药剂

本试验选用柠檬酸、EDTA二钠作为淋洗药剂。

1.4 试验方法

（1）称取250 g污染土壤，加入500 mL配置好的一定浓度淋洗剂，搅拌2小时，利用振动筛筛出不同粒径的污染土壤；

（2）用配置好的一定浓度淋洗剂充分冲洗，收集各级筛上土壤及第五级筛中的泥浆状液体，最终淋洗剂和土壤的比例约为5:1；

（3）筛下泥浆状液体缓慢倒入真空抽滤装置进行抽滤，滤纸上的污泥抽滤完毕后对其进行收集，为便于区分，将其称为筛下土壤；

（4）将抽滤瓶中的液体转移至烧杯中，体积约为1.25 L；

（5）将收集到的上清液液体、各级筛上土壤及筛下土壤一并送至实验室检测重金属含量。

柠檬酸浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L，EDTA二钠浓度分别为0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。

2 试验结果与分析

2.1 不同浓度柠檬酸淋洗效果

（1）药剂浓度为0.1 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为32.6%，31.5%，36.9%。在＜0.005 mm粒径阶段，铜的浓度大于修复目标18 000 mg/kg。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标800 mg/kg。

（2）药剂浓度为0.3 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为56.4%，45.5%，50.4%。铜各粒径土壤的浓度均低于修复目标，而除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

（3）药剂浓度为0.5 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

（4）药剂浓度为1.0 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为61.8%，51.0%，54.3%。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

图2 不同浓度柠檬酸淋洗的重金属去除率

由此可见，当柠檬酸浓度从0.1 mol/L增至0.3 mol/L，重金属去除率有较大幅度提升，之后逐渐平缓。柠檬酸与土壤混合后，释放的H+会占据土壤颗粒表面活性吸附位点，与重金属竞争位点，使其从土壤颗粒表面解吸[2]；同时，柠檬酸的羧基和羟基等官能团与重金属形成可溶性有机结合体，抑制了重金属在土壤颗粒表面的吸附[3]。随着柠檬酸浓度的增大，重金属的淋洗效率提高。当柠檬酸浓度0.3 mol/L时，在各粒径阶段，铜的浓度均低于修复目标值；而污染土壤中的铅浓度较高（3 140 mg/kg），修复目标值较低（800 mg/kg），在柠檬酸为1.0 mol/L时仍未能达到修复目标。

表2-1 不同浓度柠檬酸淋洗效果

2.2 不同浓度EDTA二钠淋洗效果

（1）药剂浓度为0.01 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为30.4%，11.5%，28.0%。铜在各个粒径阶段浓度均低于修复目标值（18 000 mg/kg）；铅在各个粒径阶段浓度，均高于修复目标值（800 mg/kg）

（2）药剂浓度为0.05 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为51.9%，23.9%，48.9%。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

（3）药剂浓度为0.1 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为63.1%，37.2%，64.8%。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

（4）药剂浓度为1.0 mol/L时，铜、镍、铅的去除率分别为66.4%，38.2%，65.2%。除＞2 mm粒径阶段，铅的浓度均大于修复目标。

由此可见，当EDTA二钠浓度从0.01 mol/L增至0.1 mol/ L，重金属的去除率有较大幅度的提升，之后逐渐平缓。当EDTA二钠浓度为0.1 mol/L时，Cu、Ni、Pb的去除率分别为66.4%、38.2%、65.2%。EDTA二钠主要是通过螯合作用，把土壤颗粒和胶体表面吸附的重金属离子解析下来，并形成螯合体进而达到去除土壤中重金属的目的[4]。当EDTA二钠浓度0.1 mol/L时，在各粒径阶段，铜的浓度均低于修复目标值；而污染土壤中的铅浓度较高，修复目标值较低，在EDTA二钠为0.2 mol/L时仍未能达到修复目标。

表2-2 不同浓度EDTA二钠淋洗效果

图2-2 不同浓度EDTA二钠淋洗的重金属去除率

2.3 柠檬酸、EDTA二钠复合淋洗与柠檬酸淋洗两遍效果

根据前述试验结果，单独柠檬酸和EDTA二钠作为淋洗剂，并不能将污染土壤中的铅淋洗至修复目标值。因此，使用1.0 mol/L的柠檬酸，0.1 mol/L的EDTA二钠以1:1的体积比混合，按前述方法淋洗后测定重金属的淋洗效果。使用1.0 mol/L柠檬酸，按前述方法淋洗两遍后测定重金属的淋洗效果。

由表2-3可见，此两种条件淋洗效果明显。

表2-3 不同淋洗剂淋洗效果

复合淋洗剂中柠檬酸加强了淋洗液的酸解作用，促进重金属从土壤颗粒表面解吸到液相中，提高了EDTA通过螯合捕获重金属离子的效果[5]；同时柠檬酸也具备一定的络合作用，从而使复合淋洗剂的淋洗效果得到了提高。

柠檬酸淋洗两遍，原有含重金属的淋洗废液已被转移，新加入的淋洗液与污染土壤充分接触，重金属能被充分淋出，一定程度上提高了淋洗效果[6]。两种淋洗条件都能使重金属铅达到修复目标。

3 结论

1、柠檬酸和EDTA二钠对该地块污染土壤中的重金属具有一定的淋洗效果。柠檬酸和EDTA二钠对重金属的去除能力：Cu＞Pb＞Ni。随着淋洗液浓度的提升，淋洗效果有明显增加，浓度到一定程度时，淋洗效果变化趋缓。

2、由于试验土壤中Pb的浓度较高，修复目标值较低，单独使用柠檬酸和EDTA二钠作为淋洗剂时，Pb无法被淋洗至修复目标值。

3、当淋洗时间2小时，固液比1:5，采用1.0 mol/L的柠檬酸，0.1 mol/L的EDTA二钠复合淋洗液时，Cu、Ni、Pb的去除率分别为78.9%、67.4%、75.6%；采用1.0 mol/L的柠檬酸淋洗两遍时，Cu、Ni、Pb的去除率分别为85.7%、76.1%、79.2%，Pb可以被淋洗至修复目标值。

4、考虑到淋洗两遍在实际的修复工程中，会增加用水量及废水处理量，增大成本。选用1.0 mol/L的柠檬酸，0.1 mol/L的EDTA二钠复合淋洗液，固液比1:5，淋洗1遍可以达到本地块重金属的修复目标值。