茶皂素对土壤重金属污染淋洗修复的影响研究

【摘要】： 茶皂素是一种生物表面活性剂,具有可生物降解、无二次污染等特点,其在土壤重金属污染修复中的应用是近年来的一个新兴研究领域。本研究选用人工污染的棕壤、褐土、潮土为供试土样,重金属Pb、Cd、Cu、Zn为去除对象;通过振荡提取的方法,筛选了茶皂素去除土壤中重金属的最佳浓度范围、最佳pH值范围以及去除的影响因素;通过土柱淋洗的方法,探讨了茶皂素在三种不同类型土壤中,淋洗去除重金属污染物的适宜作用条件;同时研究了茶皂素淋洗对土壤中重金属形态和主要营养成分的影响;以期为选择适当的重金属污染土壤淋洗修复材料提供理论依据,同时为实际修复应用提供理论基础。主要研究结果如下: (1)在本研究选用的三种土壤中,茶皂素对重金属Pb、Cd、Cu、Zn都具有一定的去除能力,茶皂素溶液的浓度对去除率有明显影响。茶皂素去除四种重金属的适宜浓度范围在3%～7%之间。Pb和Cd在三种土壤中最大去除率的大小顺序为棕壤潮土褐土,Zn和Cu为褐土棕壤潮土。 (2)在本研究选用的三种土壤中,重金属去除率随土壤环境pH值的增加,总体上呈下降趋势。茶皂素溶液在pH值3.0～5.0范围内对重金属的去除率要明显高于pH值5.0～7.0范围内,在实际修复中,适宜的pH值应在5.0左右。 (3)Ca~(2+)进入土壤溶液后会与茶皂素结合,从而与其他重金属离子形成了竞争络合作用。在棕壤中,Ca~(2+)与Cd~(2+)、Zn~(2+)的竞争络合作用较强,而对Pb~(2+)和Cu~(2+)与茶皂素络合作用影响不大;在潮土中,Cd~(2+)与Ca~(2+)竞争络合作用最大,其次为Cd~(2+)与Zn~(2+)、Cd~(2+)与Pb~(2+),Cu~(2+)与茶皂素络合受Ca~(2+)影响不大;在褐土中,Ca~(2+)与四种重金属离子都有较强的竞争络合作用。总体来看,随着Ca~(2+)浓度的增加,这种竞争络合作用会逐渐减弱。 (4)在棕壤淋洗试验中,用5%的茶皂素做淋洗剂,pH值为5.0±0.1、淋洗土液比为1:5是适宜的淋洗修复条件,此时Pb、Cd、Zn、Cu的去除率分别为去除率分别为7.88%、40.09%、46.92%、4.17%。四种重金属去除率的大小关系为ZnCdPbCu。 (5)在潮土淋洗试验中,用7%的茶皂素做淋洗剂,pH值为5.0±0.1、淋洗土液比为1:4是适宜的淋洗修复条件,此时Pb、Cd、Zn、Cu的去除率分别为6.74%、42.38%、13.07%、8.75%。四种重金属去除率的大小关系为CdZnCuPb。 (6)在褐土淋洗试验中,用7%的茶皂素做淋洗剂,pH值为5.0±0.1、淋洗土液比为1:3是适宜的淋洗修复条件,此时Pb、Cd、Zn、Cu的去除率分别为2.28%、26.30%、26.33%、1.91%。四种重金属去除率的大小关系为ZnCdPbCu。 (7)本研究选用的三种土壤中,茶皂素对酸溶态的重金属去除效果最好,其次为可还原态,可氧化态和残渣态重金属较难被去除。酸溶态和可还原态重金属的减少大大降低了重金属的环境风险。 (8)与去离子水淋洗相比,茶皂素淋洗对土壤中TN、TP、TK、有机质的损失率较低,随着茶皂素浓度的增加,营养成分的损失率随之降低。在应用土壤淋洗技术治理重金属污染土壤时,应该充分重视营养元素的流失现象,并根据流失比例在淋洗后的土壤中适当施用肥料。