Cd、Zn污染土壤淋洗工藝探究

王繼宇 楊潤田 劉 鵬 宋少宇 王艷偉

北京建工環境修復股份有限公司，北京 100015

土壤污染與其他污染不同，進入土壤的重金屬，容易發生積累，當重金屬濃度超過土壤容納限度時，就會對土壤結構、生態環境造成破壞。重金屬進入人體后，還會引發人體各種疾病，使得人體健康受損。

重金屬Cd當在人體內積累到一定量后，會破壞人體器官及組織，易引起心腦血管疾病、泌尿系統疾病等，嚴重的還會影響骨豁發育。

微量的重金屬Zn是動植物生長發育中不可或缺的物質。但是因外界環境原因導致體內Zn濃度過高，會引發多種疾病，嚴重時甚至可以影響白細胞的殺菌能力，降低人體抵抗力，減弱免疫功能；如果母體中Zn含量過高，則有致畸形的風險。

1 淋洗劑的介紹與選取

淋洗劑的選取要綜合要考慮以下條件：（1）淋洗劑不對土壤理化性質有較嚴重的破壞；（2）淋洗劑價廉、較易獲取；（3）淋洗效果好；（4）淋洗劑盡量做到可以回收利用，且對環境產生不利影響較小。

工程實踐中常用的淋洗劑有無機淋洗劑、人工螯合劑、表面活性劑、天然有機酸等。

考慮對比之下，天然有機酸檸檬酸較其他種類的淋洗劑具有無毒、較易降解、不易引起土壤二次污染等優點，其價格較低，具備在工程實踐中推廣的優勢。而且，許多研究表明，檸檬酸對重金屬Cd的去除效果較好，因此，選取檸檬酸作為本研究的淋洗劑。

2 材料和方法

2.1 試驗材料

供試污染土壤樣品取自某化工廠地，經前期場地環境污染初步調查可知，該場地部分車間區域存在重金屬Cd、Zn污染，且超標嚴重。采樣結束后將供試土壤轉移至實驗室內，待自然風干后，研磨、過篩后裝入土壤保存袋。供試土壤重金屬背景濃度值見表1。

表1 供試土壤重金屬背景濃度值（mg/kg）

2.2 淋洗試驗

通過試驗，分別確定檸檬酸最佳濃度、淋洗時間及淋洗固液比。

2.2.1 檸檬酸最佳濃度確定實驗

準確稱取自然風干的10g供試土壤，放置于250ml燒杯中，設置檸檬酸濃度梯度為0.01、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mol/L，淋洗固液比選取1：10，分別加入上述設定濃度梯度的檸檬酸100mL，分別在室溫下用機械攪拌器以250r/min的轉速低速攪拌2h，從燒杯中取均勻混合樣適量，放置于50ml離心管中離心，經過0.22 μ m濾膜過濾，將濾液稀釋后，檢測并計算重金屬的去除率。

經計算可知，重金屬Cd的去除量隨著檸檬酸濃度的升高而逐漸增加。檸檬酸濃度由0.01mol/L增加到0.2mol/L時，檸檬酸對重金屬Cd的去除效果明顯。檸檬酸濃度為0.01mol/L時，重金屬Cd的去除率百分比為10.2%。檸檬酸濃度為0.2mol/L時，重金屬Cd的去除率百分比為61.6%，重金屬Cd的去除量為64.3mg/kg，比檸檬酸濃度為0.01mol/L時的Cd的去除量增加了53.6mg/kg。

當檸檬酸濃度由0.2mol/L逐漸增加至1mol/L時，重金屬Cd的去除量增加緩慢。檸檬酸濃度為1mol/L時，重金屬Cd的去除量為68.34mg/kg，重金屬Cd去除率百分比為65.5%，去除率較0.2mol/L時僅提高3.9%。其原因可能是因Cd在供試土壤中賦存狀態的原因，導致易被檸檬酸淋洗的Cd在0.2mol/L時已大部分被去除，即使增加檸檬酸的濃度，Cd的去除率仍不會明顯增加。因此，檸檬酸濃度為0.2mol/L時，可以滿足對重金屬Cd的淋洗處理。

當檸檬酸濃度由0.01mol/L增加到0.4mol/L時，隨著檸檬酸濃度的增加，重金屬Zn的去除量顯著增加。檸檬酸濃度為0.4mol/L時，重金屬Zn的去除量為2285.43mg/kg，去除率為69.4%。當檸檬酸濃度從0.4mol/L增加至1mol/L時，去除量僅增加97mg/kg，去除率僅增加2.9%，增加量較小。

綜上考慮，當檸檬酸濃度為0.2mol/L時，對重金屬Cd的淋洗效果較好。對于重金屬Zn來說，當檸檬酸濃度為0.2mol/L時，去除率為62.4%，僅比0.4mol/L時少7%，考慮到淋洗成本，選用檸檬酸濃度為0.2mol/L作為最佳淋洗濃度。

2.2.2 淋洗時間實驗

對供試土壤采用低速攪拌淋洗，檸檬酸最佳淋洗濃度為0.2mol/L。準確稱取自然風干10g的供試土壤，放置于250ml燒杯中，淋洗固液比選取1：10，分別加入最佳淋洗濃度為0.2mol/L檸檬酸100mL，設置8組淋洗時間篩選試驗，在室溫下用機械攪拌器以250r/min轉速低速分別攪拌淋洗0.5、1、2、4、6、8h，從燒杯中取均勻混合樣適量，放置于50ml離心管中離心，經過0.22 μ m濾膜過濾，將濾液稀釋后，檢測并計算重金屬去除率。

計算可知，攪拌時間由0.5～2h時，重金屬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，重金屬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，此階段Cd、Zn的去除效果較明顯。2～8h之間，重金屬Cd、Zn的去除率增長緩慢，攪拌淋洗8h后的Cd、Zn的去除率百分比分別為69.6%、66.5%，比攪拌淋洗2h的去除率多5.1%，Cd、Zn的去除量分別為72.5、2192.6mg/kg，僅比攪拌淋洗2h的去除量多5.26、135.3mg/kg。由此可見，攪拌淋洗2h對重金屬Cd、Zn有較好的去除效果。故2h為攪拌淋洗最佳時間。

2.2.3 淋洗固液比確定實驗

通過濃度梯度實驗和時間曲線實驗，可得檸檬酸最佳淋洗濃度為0.2mol/L，最適的淋洗時間為2h。選用上述淋洗劑濃度及淋洗時間條件，準確稱取自然風干的10g供試土壤，放置于250ml燒杯中，設置7組固液比梯度實驗，固液比分別為1：2.5、1：5、1：7.5、1：10、1：12.5、1：15、1：17.5、1：20，分別加入0.2mol/L檸檬酸淋洗劑25、50、75、100、125、150、175、200mL，在室溫下用機械攪拌器以250r/min轉速低速分別攪拌淋洗2h后，從燒杯中取均勻混合樣適量，放置于50ml離心管中離心，經過0.22 μ m濾膜過濾，將濾液稀釋后，檢測并計算重金屬去除率。

經計算，隨著檸檬酸體積的增加，重金屬Cd、Zn去除量增加，特別是固液比由1：2.5逐步變化為1：10過程中，重金屬Cd、Zn去除率明顯增加，固液比由1：10變化為1：20過程中，重金屬Cd、Zn去除率增長趨勢平緩。固液比為1：10時，Cd去除率為60.7%，Zn去除率為64.9%。固液比為1：20時，Cd的去除率為66.5%，Zn去除率為70.2%，相比之下，檸檬酸體積增加1倍，Cd、Zn去除率僅增加5.85%、5.3%，因此，選用1：10為攪拌淋洗最佳固液比。

2.3 結果分析

重金屬Cd去除量隨著檸檬酸濃度升高而逐漸增加。考慮到淋洗成本，選用檸檬酸濃度為0.2mol/L作為最佳淋洗濃度。

攪拌時間由0.5～2h時，重金屬Cd去除率百分比由26.6%增加至64.5%，重金屬Zn去除率百分比由28.1%增加至62.4%，此階段Cd、Zn的去除效果較明顯。2～8h之間，重金屬Cd、Zn去除率增長緩慢。綜合考慮，故2h為攪拌淋洗最佳時間。

隨著檸檬酸的體積增加，重金屬Cd、Zn去除量增加，特別是固液比由1：2.5逐步變化為1：10過程中，重金屬Cd、Zn去除率明顯增加，固液比由1：10變化為1：20過程中，重金屬Cd、Zn去除率增長趨勢平緩。因此，選用1：10為攪拌淋洗最佳固液比。

3 結語

本研究在實驗室下進行，所得出試驗參數對實際場地中的修復工作能夠提供參考，在工程實踐中還需根據不同場地情況具體探討。

在實際場地修復中，提出以下建議：

（1）檸檬酸淋洗Cd、Zn污染土壤，處理效果較好。不同的污染場地可根據具體的修復目標，合理設置工藝參數。

（2）土壤淋洗對污染土壤中重金屬有較為徹底的去除效果，但淋洗廢液的配套處理設施應同時建立。

（3）單一淋洗工藝不能滿足修復目標時，可與其他工藝組合聯用。