李 櫟，雷國(guó)建，聶 靜，文 波，汪才友，汪才超，汪成成

（1.湖南國(guó)重環(huán)境科技有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410208；2.江西有機(jī)環(huán)境科技有限公司，江西 南昌 330096）

中國(guó)是世界上疆域遼闊、成礦地質(zhì)條件優(yōu)越、礦種齊全配套、資源總量豐富的國(guó)家，是具有自己資源特色的一個(gè)礦產(chǎn)資源大國(guó)。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，礦區(qū)附近的土壤及周邊環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，逐漸影響到礦區(qū)附近居民的正常生活［1］。

某礦區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境沒(méi)有得到及時(shí)的修復(fù)，導(dǎo)致礦區(qū)的環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，礦區(qū)污染土壤的治理與修復(fù)刻不容緩。現(xiàn)階段，礦區(qū)污染土壤修復(fù)技術(shù)主要有土壤淋洗技術(shù)、穩(wěn)定化技術(shù)、植物修復(fù)等［2］。植物修復(fù)對(duì)重金屬吸附效果較好，但植物生長(zhǎng)緩慢、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)制約該技術(shù)的發(fā)展［3］；穩(wěn)定化技術(shù)只能將重金屬固定，不能去除總量，限制后期的開(kāi)發(fā)利用；土壤淋洗修復(fù)徹底，但技術(shù)要求高，修復(fù)費(fèi)用較高［3，4］。對(duì)于不同的修復(fù)技術(shù)有不同的處理要求，而且在實(shí)際修復(fù)過(guò)程中，土壤環(huán)境以及污染物類型千差萬(wàn)別，因此要根據(jù)具體的污染情況，采取適合的處理技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，以期達(dá)到最好的修復(fù)效果［5］。根據(jù)該礦區(qū)實(shí)際情況，場(chǎng)地修復(fù)后仍要開(kāi)發(fā)利用，且要求修復(fù)周期短，因此，采用土壤淋洗技術(shù)對(duì)礦區(qū)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，分別用清水以及EDTA（乙二胺四乙酸）對(duì)污染土壤進(jìn)行淋洗，并對(duì)淋洗效果進(jìn)行分析研究。

1 材料與方法

1.1 污染土壤樣品

研究所用土壤取自該礦區(qū)，采樣土壤分別為表層土壤（0～30 cm），中層土壤（30～60 cm）和深層土壤（60～100 cm）。將土壤中的各種雜物清除后置于室內(nèi)干燥處進(jìn)行風(fēng)干，風(fēng)干后的土樣用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨后并過(guò)篩，最后將土壤樣品于干燥容器中保存待用。各層土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

從表1中可知，土壤呈酸性，pH值隨著土壤深度的增加而變大，酸性逐漸減弱，體現(xiàn)了土壤的吸附性能。土壤中有機(jī)質(zhì)、速效磷、硝態(tài)氮以及陽(yáng)離子交換量的含量隨著土壤深度的增加而逐漸降低。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)化合物的總和［6］。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤組成的主要部分，它能通過(guò)一定的機(jī)制與土壤中的有機(jī)污染物結(jié)合并固定去除土壤中的重金屬離子，因此土壤有機(jī)質(zhì)的含量一定程度上反映了土壤的肥力及養(yǎng)分狀況［6，7］。該污染區(qū)的表層土壤有機(jī)質(zhì)含量為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，中層土壤和深層土壤有機(jī)質(zhì)含量為四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

速效磷是指土壤中易被植物吸收利用的磷，作為植物生長(zhǎng)所需的元素之一，它對(duì)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化和積累起到促進(jìn)作用［8，9］。硝態(tài)氮是硝酸鹽中含有的氮元素，同樣，它也會(huì)影響到植物的生長(zhǎng)。該污染區(qū)表層土壤至深層土壤中速效磷的含量為3.61 mg/kg、1.04 mg/kg和0.81 mg/kg，而硝態(tài)氮的含量從表層到深層的含量分別為10.37 mg/kg、3.27 mg/kg和1.53 mg/kg，在表層土壤中，速效磷和硝態(tài)氮的含量較為豐富，中層土壤和深層土壤的含量逐漸降低。

陽(yáng)離子交換量是指土壤中膠體能吸附的陽(yáng)離子的總量，它在一定程度上反映了土壤中膠體顆粒的吸附性能［10］，污染區(qū)表層土壤的陽(yáng)離子交換量為10.33 cmol/kg，中層土壤的陽(yáng)離子交換量為3.26cmol/kg，深層土壤的陽(yáng)離子交換量為2.93 cmol/kg，這表明隨著土壤深度的增加，其吸附性能逐漸減弱。

1.2 土壤淋洗裝置設(shè)計(jì)

土壤淋洗裝置主要由4部分組成：（1）加藥裝置：加藥裝置主要由加藥桶組成，將試驗(yàn)所用淋洗藥劑投加即可；（2）計(jì)量泵：主要用來(lái)控制淋洗藥劑的淋洗速率；（3）淋洗柱及固定支架：淋洗柱內(nèi)徑為30 cm，高度為120 cm，淋洗柱底部設(shè)有砂芯板用于支撐及分離；（4）淋洗液收集裝置：淋洗液收集裝置設(shè)于淋洗柱底部，將淋洗液收集起來(lái)防止二次污染。

1.3 試驗(yàn)方法

在土壤淋洗裝置中，按細(xì)尼龍網(wǎng)、深層土壤、細(xì)尼龍網(wǎng)、中層土壤、細(xì)尼龍網(wǎng)、表層土壤、細(xì)尼龍網(wǎng)的順序并根據(jù)土壤容重和采樣高度將土壤樣品進(jìn)行填裝。淋洗藥劑分別為清水（pH為6.5）和EDTA（濃度為0.09 mol/L，用濃HNO3和NaOH溶液將pH調(diào)為3.0）。計(jì)量泵以10 L/h的速率進(jìn)行淋洗，以淋洗藥劑從淋洗裝置底部流出開(kāi)始計(jì)時(shí)，此后每隔1 h取樣，量取淋洗液的體積并通過(guò)0.45μm濾膜對(duì)淋洗溶液中的鉛、鋅濃度進(jìn)行測(cè)樣。探究污染土壤在土壤淋洗過(guò)程中鉛、鋅濃度隨時(shí)間的變化，通過(guò)計(jì)算得到土壤淋洗裝置中鉛、鋅去除率隨時(shí)間變化的規(guī)律。

1.4 分析方法

土壤樣品關(guān)注污染物的分析測(cè)試按照《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600-2018）［11］和《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166-2004）中的指定方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 淋洗液體積收集的變化情況

計(jì)量泵以10 L/h的速率將淋洗劑投加到土壤淋洗裝置中對(duì)污染土壤進(jìn)行淋洗，淋洗過(guò)程中每小時(shí)淋洗液收集裝置體積見(jiàn)表2。

表2 淋洗液體積變化

2.2 淋洗液中鉛、鋅濃度的變化情況

在土壤淋洗試驗(yàn)中，使用清水和EDTA對(duì)污染土壤進(jìn)行淋洗，每小時(shí)淋洗液中鉛、鋅濃度的變化如圖1所示。

圖1 溶液中鉛和鋅濃度的變化

從圖1中可以看出，淋出后EDTA中的鉛濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于清水中鉛的濃度。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，清水和EDTA中鉛的濃度逐漸接近，但EDTA中鉛的濃度始終是高于清水中鉛的濃度的。從第8 h開(kāi)始，EDTA中鉛的濃度較低，此后無(wú)明顯變化。說(shuō)明EDTA對(duì)鉛的最佳淋洗時(shí)間為8 h。EDTA對(duì)土壤中鋅的淋洗表現(xiàn)出了較好的效果，在第6 h時(shí)，EDTA中鋅的濃度在100 mg/L左右，到第7 h時(shí)，EDTA中鋅的濃度減為55.42 mg/L，從第7 h開(kāi)始，EDTA中鋅的濃度變化不明顯，因此，EDTA對(duì)污染土壤中鋅的最佳淋洗時(shí)間為7 h。在前4 h，清水對(duì)土壤中鋅的淋洗也表現(xiàn)出了較好的效果，在第1 h時(shí)，鋅的濃度為85.84 mg/L。從第4 h開(kāi)始，清水對(duì)土壤中鋅的淋洗效果基本沒(méi)變化。

相較于淋洗溶液中鉛濃度的變化，在最佳淋洗時(shí)間內(nèi)，EDTA對(duì)污染土壤中鋅的淋洗效果要優(yōu)于鉛的淋洗效果。

2.3 土壤中鉛、鋅去除率的變化

在清水和EDTA對(duì)污染土壤進(jìn)行淋洗的過(guò)程中，可以通過(guò)淋洗液中鉛濃度的變化計(jì)算出土壤中鉛去除率的變化，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 土壤中鉛和鋅去除率的變化

從圖中可以看出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土壤中鉛去除率逐漸增長(zhǎng)然后趨于平緩不變。清水對(duì)土壤中鉛的淋洗效果不明顯，12 h內(nèi)的淋洗去除率在10%以下。由圖1可知，EDTA對(duì)鉛的最佳淋洗時(shí)間為8 h，此時(shí)EDTA對(duì)土壤中鉛的去除率為32.21%。在8～12 h之間，鉛的去除率增長(zhǎng)較為平緩，由32.21%增長(zhǎng)到34.51%。

從圖中可以看出，清水對(duì)土壤中鋅的淋洗效果同樣有限，去除率低于10%。從圖1可知，EDTA對(duì)污染土壤中鋅的最佳淋洗時(shí)間為7 h，此時(shí)去除率為28.01%，在2～7 h的5個(gè)小時(shí)內(nèi)，去除率增長(zhǎng)了14.12%。在接下來(lái)的7～12 h內(nèi)，EDTA對(duì)鋅的淋洗去除率較為平緩，由28.01%增長(zhǎng)至32.81%。

3 結(jié) 論

EDTA對(duì)污染土壤中鉛、鋅的最佳淋洗時(shí)間分別為8 h和7 h，此時(shí)的去除率分別為32.21%和28.01%。達(dá)到最佳淋洗時(shí)間后，EDTA對(duì)土壤中鉛、鋅的淋洗效率變化不大，逐漸趨于平緩。在12 h時(shí)去除率達(dá)到最大，對(duì)鉛、鋅的去除率分別為34.51%和32.81%。這是因?yàn)樵诹芟闯跗?，土壤中易于淋出的鉛、鋅含量較高，所以淋洗液中鉛、鋅含量較高；隨著時(shí)間的推移，土壤中鉛、鋅含量下降，從而也導(dǎo)致了淋洗液中鉛、鋅濃度降低。