EDTA强化茶皂素对土壤中Cu、Zn、Cd淋洗修复的影响研究

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。EDTA作为人工合成的有机螯合剂能在很宽的pH范围内与大部分重金属特别是过渡金属形成稳定的复合物,不仅能解吸被吸附的金属,也能溶解不溶性的金属化合物。本研究选用人工污染的棕壤为供试土样,重金属Cd、Cu、Zn为解吸对象;通过振荡提取的方法,筛选了EDTA与茶皂素复合作用的解吸土壤中重金属的最佳浓度范围;通过土柱淋洗的方法,探讨EDTA与茶皂素复合作用对土壤中重金属淋洗的适宜作用条件;同时研究了淋洗后对土壤中重金属形态和土壤酶变化的影响;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;采用Elovich方程、双常数方程、抛物线扩散方程对吸附试验数据进行拟合,以期寻找最佳拟合方程。主要研究结果如下: (1)茶皂素单独作用时,对土壤中重金属有一定的解吸能力,并且茶皂素溶液的浓度对解吸率有明显影响。试验结果表明:茶皂素在3%-5%时,对土壤中重金属的解吸达到平衡。三种重金属的解吸能力大小为:Cd>Cu>Zn。 (2)低浓度的EDTA与茶皂素复合作用时,能显著土壤中Cu、Cd的解吸率,对Zn的解吸效果没有太大影响;高浓度的EDTA与茶皂素复合作用时虽能提高土壤中重金属的解吸率,但是随着茶皂素浓度的增加解吸率降低。 (3)低浓度的EDTA与茶皂素复合作用时,E>0,说明低浓度的EDTA与茶皂素复合作用对重金属解吸的影响为协同增溶作用,并随E值的增加协同增溶作用增大。而高浓度的EDTA与茶皂素复合作用时, E<0时,说明高浓度的EDTA与茶皂素复合作用对重金属解吸的影响为拮抗作用,并随|E|的增加拮抗作用增强。 (4)从快速、经济、环保的角度来说,选择EDTA浓度为0.2mmol/L,茶皂素浓度为5.00%的淋洗剂,在土液比为1:4时对土壤中重金属的淋洗是最适合的。 (5)EDTA与茶皂素复合作用淋洗土壤后,对土壤中弱酸提取态的重金属解吸效果最好,其次为可还原态,可氧化态和残渣态重金属较难被淋洗。弱酸提取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。 (6)EDTA与茶皂素复合作用淋洗土壤后,土壤脲酶活性变化趋势:EDTA与低浓度的茶皂素复合作为淋洗剂,对土壤中脲酶活性影响不大,不存在显著性差异(p<0.05)。随着茶皂素浓度的增加,土壤脲酶活性呈现明显升高的趋势,同对照组相比存在显著性差异(p<0.05);过氧化氢酶活性变化趋势:呈现先升高后降低的趋势,各处理组的过氧化氢酶活性均高于对照组,除茶皂素浓度为0.10%的处理组,各处理组同对照相比,均存在显著性差异(p<0.05);蔗糖酶活性变化趋势:呈现逐渐升高的趋势。除茶皂素浓度为0.10%的处理组,各处理组与对照相比,蔗糖酶活性均高于对照组,当茶皂素浓度为7.00%时,蔗糖酶活性远远高于对照组。各处理组同对照相比,均存在显著性差异(p<0.05)。说明淋洗后,有利于土壤肥力的发挥和植物的生长。 (7)采用Elovich方程、双常数方程、抛物线扩散方程和对试验数据进行拟合。拟合结果表明:描述茶皂素与EDTA对土壤重金属吸附量影响的动力学方程以Elovich方程为最优,双常数方程次之,最差的为抛物线扩散方程。由此可以初步认为各茶皂素与EDTA对土壤吸附能力的影响不是简单的一级反应,不同能位的吸附速率之间存在明显的差异。