淋洗和淋濾下鼠李糖脂對(duì)酸性鎘污染土壤的修復(fù)效果試驗(yàn)研究

師崇文,余 倩,鄔建勛,杜冬云

(中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074)

鎘(Cd)是一種有毒痕量元素，具有毒性高、難降解[1-2]、移動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，對(duì)于土壤中鎘污染的治理方法主要有物理方法、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)、化學(xué)方法[3]、生物方法等。

鼠李糖脂是一種從銅綠假單胞菌發(fā)酵液中提取的生物表面活性劑，廣泛存在于自然界中，對(duì)人及動(dòng)物無(wú)毒副作用。鼠李糖脂最突出的特性在于它的表面活性，它能顯著降低水表面張力，改變固體表面潤(rùn)濕性[4]，用在農(nóng)作物、蔬菜、水果和花卉等植物上可以刺激植物生長(zhǎng)、輔助植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可以增強(qiáng)農(nóng)藥及肥料的作用效果等[5-7]。另外，它還是一種良好的堿性土壤改性添加劑，能改善堿性土壤環(huán)境且具有修復(fù)污染土壤的能力。

基于鼠李糖脂的相關(guān)特性和土壤中鎘元素的遷移特性，一些研究者主要針對(duì)砂質(zhì)土壤進(jìn)行了鼠李糖脂修復(fù)鎘污染土壤的研究[8-12]，但由于鼠李糖脂對(duì)土壤中鎘的吸附能力相對(duì)較弱，故采用淋洗的方式以增強(qiáng)其對(duì)鎘污染土壤的治理效果。如丁寧等[8]的研究表明，連續(xù)淋洗能夠增強(qiáng)鼠李糖脂對(duì)土壤中鎘的去除效果。但淋洗試驗(yàn)中由于持續(xù)振蕩，未完全溶解的鼠李糖脂對(duì)土壤中鎘的解吸會(huì)造成反向影響，而淋濾處理能使得未完全溶解的鼠李糖脂進(jìn)一步與土壤顆粒相結(jié)合，增強(qiáng)其對(duì)土壤中鎘的的吸附效果。因此，本文同時(shí)采用淋洗和淋濾試驗(yàn)，對(duì)比研究了兩種處理方法對(duì)酸性鎘污染土壤的修復(fù)效果，淋濾試驗(yàn)結(jié)果可以作為直接灌溉鼠李糖脂溶液進(jìn)行土壤治理的參考。

研究區(qū)土壤中鎘含量高于農(nóng)用地土壤鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，且該地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源為農(nóng)產(chǎn)品，一旦土壤中鎘污染的程度惡化，將嚴(yán)重影響該地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。故本研究期望將土壤中鎘含量降至農(nóng)用地土壤鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)篩選值之下。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料和試劑

(1) 天然鎘污染土壤樣品：試驗(yàn)所用的天然鎘污染土樣取自利川市汪營(yíng)鎮(zhèn)石廟子6組，為0～20 cm的表層非耕作土。

(2) 人工鎘污染土壤樣品制備：稱取天然鎘污染土樣，研磨并過(guò)10目篩，加入硝酸鎘溶液，恒溫振蕩24 h，風(fēng)干后研磨過(guò)10目篩，土樣污染后，添加去離子水調(diào)節(jié)土壤水分至其最大含水量的50%，并置于密封袋中于室溫下老化4周。制備人工鎘污染土壤樣品是為了提高土壤中鎘污染遷移特征的顯著性，同時(shí)也便于研究鼠李糖脂處理高濃度鎘污染土壤的適用性。

(3) 鼠李糖脂溶液配制：試驗(yàn)所用的鼠李糖脂主要成分為單鼠李糖脂[3]，占總成分的83.6%，5種單體中Rha-C10-C10含量最高，占總成分的67.2%，其加權(quán)平均相對(duì)分子質(zhì)量為523.7。已有研究表明，土壤對(duì)鼠李糖脂的吸附等溫曲線符合Freundlich方程[13]。稱取膏狀鼠李糖脂，與適量超純水混合，加熱到4℃并在磁力攪拌器上持續(xù)攪拌，攪拌過(guò)程中測(cè)量溶液pH值，并采用HNO3和NaOH調(diào)整溶液的pH值。試驗(yàn)所用的不同濃度的鼠李糖脂溶液均由次梯度稀釋。

(4) 試驗(yàn)試劑：四水硝酸鎘(分析純)、石英砂(分析純)均購(gòu)于上海麥克林生化有限公司；鹽酸(分析純)、雙氧水(分析純)、硝酸(優(yōu)質(zhì)純)、氫氟酸(分析純)均購(gòu)于上海沃凱生物技術(shù)有限公司；氫氧化鈉(分析純)購(gòu)于天津博迪化工股份有限公司；鼠李糖脂(優(yōu)質(zhì)純)購(gòu)于湖州紫金生物科技有限公司。

1. 2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土樣粒度分析

采用批量平衡法進(jìn)行土壤粒度分析。首先取0.3～0.4 g的土樣于燒杯中，加入10 mL 10%的雙氧水，放于70℃電熱板上加熱2 h，若2 h后仍有氣泡產(chǎn)生，則再加適量雙氧水繼續(xù)反應(yīng)，直至不再產(chǎn)生氣泡為止，以去除土樣中的有機(jī)質(zhì)；然后往燒杯中加入10 mL 10%的鹽酸，搖晃使其混合均勻，放在70℃的電熱板上加熱，以去除土樣中的無(wú)機(jī)碳，待反應(yīng)完全后，往燒杯中加入去離子水至100 mL，靜置8 h以上，吸出上層清液；最后將處理后的土樣分批放入超聲波儀中，振蕩分散5 min后立即放到激光粒度儀中進(jìn)行土樣粒度檢測(cè)。

1.2.2 土樣消解

采用批量平衡法進(jìn)行土壤消解。首先準(zhǔn)備好待消解土樣，過(guò)200目篩，取0.2～0.3 g土樣于消解管中，每支消解管中加入4 mL HNO3和4 mL HF，放入微波消解儀中消解，具體微波消解程序見(jiàn)表1；然后待微波消解完成后，冷卻30 min后放入140℃電熱板上加熱趕酸，至消解管中剩余1～3 mL液體時(shí)，冷卻，用超純水定容至15 mL；最后用注射器吸出定容后的液體，過(guò)0.45 μm濾膜，待測(cè)。每組土樣設(shè)置5個(gè)平行消解樣。

表1 微波消解程序

1.2.3 淋洗試驗(yàn)

取500 mL錐形瓶，加入50 g的人工鎘污染土樣，按水土質(zhì)量比為10∶1加入鼠李糖脂溶液，于25℃恒溫振蕩器中以150 r/min的轉(zhuǎn)速按計(jì)劃時(shí)間振蕩，每12 h取水樣1次。水樣以8 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，取上清液過(guò)膜待測(cè)。每組淋洗試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)平行試驗(yàn)。

1.2.4 淋濾試驗(yàn)

對(duì)天然鎘污染土樣和人工鎘污染土樣分別開(kāi)展淋濾試驗(yàn)，對(duì)比研究鼠李糖脂處理高濃度鎘污染土壤和低濃度鎘污染土壤的適應(yīng)性。

淋濾試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。試驗(yàn)采用蠕動(dòng)泵控制淋濾液的進(jìn)出，流速為15 mL/h；淋濾柱為圓柱形有機(jī)玻璃柱，柱高為30 cm，內(nèi)徑為7.5 cm，柱底鋪一層紗布，再鋪一薄層惰性石英砂，使下滲更均勻，裝填的土樣質(zhì)量為200 g；淋濾168 h后，將淋濾液換為超純水繼續(xù)淋濾12 h，再將淋濾后土樣取出，風(fēng)干研磨過(guò)10目篩待消解。

圖1 淋濾試驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of leaching experiment device

1.2.5 鎘含量及其形態(tài)的測(cè)定

試驗(yàn)采用原子吸收光譜儀(ContrAA800，北京安麥格貿(mào)易有限公司)測(cè)定水樣中的鎘含量；采用Tisser連續(xù)提取法[14]測(cè)定土樣中鎘的形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2. 1 鎘污染土樣的物理化學(xué)性質(zhì)

2.1.1 土樣粒度分析

天然鎘污染土樣的激光粒度分析結(jié)果表明：天然鎘污染土樣主要為粉土(77.73%)，其次是黏土(22.17%)和砂土(0.08%)。天然鎘污染土樣的粒徑較小，比表面積為903.3 m2/kg，推測(cè)其對(duì)鎘的吸附量較大。

2.1.2 土樣pH值和鎘含量

天然鎘污染土樣的pH值為5.5，土樣中總鎘含量為0.46～0.49 mg/kg，而人工鎘污染土樣中總鎘含量為451.8 mg/kg?？梢?jiàn)，天然鎘污染土樣與人工鎘污染土樣的理化性質(zhì)基本相同。

2.1.3 土樣的等溫吸附曲線

本文在吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了天然鎘污染土樣的等溫吸附試驗(yàn)，得到其等溫吸附曲線見(jiàn)圖2。

圖2 天然鎘污染土樣的等溫吸附曲線Fig.2 Isothermal adsorption curve of natural cadmium contaminated soil samples

由圖2可見(jiàn)，天然鎘污染土樣的等溫吸附曲線符合Langmuir模型，其對(duì)鎘的最大吸附量Smax為29.68 g/kg。

2. 2 淋洗試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 鼠李糖脂溶液濃度對(duì)土壤中鎘去除效果的影響

試驗(yàn)采用不同濃度的鼠李糖脂溶液淋洗人工鎘污染土樣，土樣中鎘的解吸量隨淋洗時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖3。

圖3 不同濃度鼠李糖脂溶液淋洗后人工鎘污染土樣中 鎘的解吸量隨淋洗時(shí)間的變化曲線Fig.3 Rhamnolipid leaching results with artificial cadmium contaminated soil

由圖3可以看出：

(1) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為0 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～120 h內(nèi)人工鎘污染土樣中鎘呈現(xiàn)持續(xù)解吸狀態(tài)，并在132 h時(shí)達(dá)到鎘最大解吸量3.1 mg/kg;之后溶液中已被解吸出來(lái)的鎘再次被人工鎘污染土樣吸附，并在鎘的解吸量為2.5 mg/kg時(shí)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)吸附-解吸平衡。

(2) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為10 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘呈快速解吸狀態(tài)，并在24 h時(shí)達(dá)到第一階段鎘的最大解吸量71.1 mg/kg；在24～72 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘趨于吸附-解吸平衡，鎘的解吸量約為74.95 mg/kg；在84 h后溶液中已被解吸出來(lái)的鎘重新被人工鎘污染土樣緩慢吸附，鎘的解吸量從74.08 mg/kg減小到50 mg/kg，并達(dá)到吸附-解吸動(dòng)態(tài)平衡。

(3) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為20 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘呈現(xiàn)快速解吸狀態(tài)，并在60 h時(shí)達(dá)到鎘的最大解吸量96.63 mg/kg；在60 h后鎘的解吸速率減緩，與鼠李糖脂溶液濃度為10 g/L時(shí)相比，鎘的解吸速率降低了11倍，使得土樣中鎘的解吸量較之前穩(wěn)定很多，但仍然能明顯觀察到鎘的解吸速率持續(xù)衰減現(xiàn)象。

(4) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為30 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘呈現(xiàn)快速解吸狀態(tài)，并在24 h時(shí)達(dá)到第一階段鎘的最大解吸量69 mg/kg；之后土樣仍持續(xù)解吸鎘，并在60 h時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的鎘最大解吸量81.2 mg/kg。

(5) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為40 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘呈現(xiàn)快速解吸狀態(tài)，并在24 h時(shí)達(dá)到第一階段鎘的最大解吸量74.35 mg/kg；在24～60 h內(nèi)土樣進(jìn)行第二階段鎘解吸，并在60 h達(dá)到第二階段鎘的最大解吸量94.75 mg/kg；在72～96 h內(nèi)土樣進(jìn)行第三階段鎘解吸，并在108 h時(shí)達(dá)到第三階段鎘的最大解吸量105.6 mg/kg；在120～144 h內(nèi)土樣進(jìn)行第四階段鎘解吸，并在144 h時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的鎘最大解吸量118.5 mg/kg。

(6) 當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度為50 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘呈現(xiàn)快速解吸狀態(tài)，并在24 h達(dá)到第一階段鎘的最大解吸量71.45 mg/kg；在36～84 h內(nèi)土樣進(jìn)行第二階段鎘解吸，并在84 h時(shí)達(dá)到第二階段鎘的最大解吸量109.3 mg/kg；在108～168 h內(nèi)土樣進(jìn)行第三階段鎘解吸，并在168 h時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的鎘最大解吸量144.45 mg/kg。

綜上可知，在缺乏鼠李糖脂作用時(shí)人工鎘污染土樣并不能有效地解吸鎘，但在濃度為10～50 g/L鼠李糖脂溶液的參與下，人工鎘污染土樣均出現(xiàn)了明顯的鎘解吸現(xiàn)象，尤其在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)人工鎘污染土樣中的鎘均呈現(xiàn)快速高效解吸狀態(tài)。該試驗(yàn)結(jié)果與陳東月等[15]的研究結(jié)果基本相似。

土壤中鎘的去除率計(jì)算公式為

(1)

根據(jù)公式(1)，可以計(jì)算得到加入不同濃度鼠李糖脂溶液在不同淋洗時(shí)間時(shí)對(duì)土壤中鎘的去除率。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)：在淋洗時(shí)間為0～12 h內(nèi)，不同濃度鼠李糖脂溶液對(duì)土壤中鎘的去除率排序?yàn)?0 g/L>10 g/L>50 g/L>40 g/L>30 g/L；在淋洗時(shí)間為12～72 h內(nèi)，不同濃度鼠李糖脂溶液對(duì)土壤中鎘的去除率整體趨勢(shì)未發(fā)生改變;在淋洗時(shí)間為72 h后，低濃度的鼠李糖脂溶液中出現(xiàn)鎘的去除率下降的現(xiàn)象，而高濃度的鼠李糖脂溶液則繼續(xù)解吸土壤中鎘，導(dǎo)致高濃度鼠李糖脂溶液中鎘去除率開(kāi)始高于低濃度的鼠李糖脂溶液；直到淋洗時(shí)間為168 h時(shí)，不同濃度鼠李糖脂溶液對(duì)土壤中鎘的去除率排序重新調(diào)整為50 g/L>40 g/L>30 g/L>20 g/L>10 g/L。

2.2.2 鼠李糖脂溶液pH值對(duì)土壤中鎘去除效果的影響

對(duì)于人工鎘污染土樣，當(dāng)鼠李糖脂溶液pH值為10，鼠李糖脂溶液濃度分別為10 g/L、20 g/L、30 g/L、40 g/L、50 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間24 h內(nèi)其對(duì)人工鎘污染土壤中鎘的去除率分別為11.3%、18.5%、23.3%、26.3%、32.1%；而當(dāng)鼠李糖脂溶液pH值為11，鼠李糖脂溶液濃度分別為10 g/L、20 g/L、30 g/L、50 g/L時(shí)，在淋洗時(shí)間24 h內(nèi)其對(duì)人工鎘污染土壤中鎘的去除率分別為3.8%、6.8%、8.4%、1.9%，明顯低于pH值為10條件下土壤中鎘的去除率。該試驗(yàn)結(jié)果與李尤等[9]的研究結(jié)果基本相似。其原因可能是：盡管在高pH值環(huán)境下鼠李糖脂中的羧基更容易脫氫離子化，增大其溶解度，從而提高溶液中有效鼠李糖脂的含量，但由于隨著pH值的升高，土壤中殘?jiān)鼞B(tài)鎘的含量也會(huì)有所上升，導(dǎo)致鎘的最終淋洗效果反而不如pH值相對(duì)較低的條件。

2.2.3 鼠李糖脂去除土壤中鎘的機(jī)理

不同濃度鼠李糖脂溶液淋洗人工鎘污染土樣后鎘的形態(tài)及其含量變化，見(jiàn)圖4。

圖4 不同濃度鼠李糖脂溶液淋洗人工鎘污染土樣后 鎘的形態(tài)及其含量變化Fig.4 Cadmium speciation after artificial contaminated soil treatment with different concentrations of rhamnolipid solution

鎘在土壤中的存在形態(tài)包括可交換態(tài)(含可溶態(tài))、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)(見(jiàn)圖4)。已有研究表明，鼠李糖脂對(duì)土壤中可交換態(tài)鎘的去除效率最高[16]。在淋洗時(shí)間為0～24 h內(nèi)，結(jié)構(gòu)較小的鼠李糖脂膠束[17]吸附到土壤顆粒表面，吸收土壤中可交換態(tài)和可溶態(tài)的鎘[18-20]；當(dāng)土壤中可交換態(tài)鎘持續(xù)解吸后，其他形態(tài)的鎘會(huì)向可交換態(tài)鎘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的同時(shí)鼠李糖脂膠束會(huì)持續(xù)吸附游離出來(lái)的鎘離子，直至其吸附點(diǎn)位的鎘濃度達(dá)到飽和，鼠李糖脂便不再具有吸附鎘的能力，此時(shí)溶液體系中能夠促使土壤中鎘解吸的成分減少，鎘的解吸速率降低；鎘的解吸在淋洗時(shí)間為24～48 h時(shí)趨于平衡狀態(tài)，這是因?yàn)槭罄钐侵z束在解吸土壤中鎘的同時(shí)，自身也被土壤顆粒所吸附，這也造成低濃度的鼠李糖脂溶液在解吸達(dá)到一段時(shí)間平衡之后，又出現(xiàn)鎘去除率降低的現(xiàn)象。另外，鼠李糖脂膠束在解吸土壤中鎘的同時(shí)，也能為土壤補(bǔ)充一定含量的鼠李糖脂結(jié)合態(tài)鎘，本文將它歸類在有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘中，當(dāng)鼠李糖脂溶液濃度較高時(shí)，有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘的補(bǔ)充速度不及可交換態(tài)鎘的解吸速度快，故而出現(xiàn)土壤中鎘解吸速率持續(xù)衰減的現(xiàn)象。

值得注意的是，酸性土壤由于pH值較低，存在極少量殘?jiān)鼞B(tài)鎘，為了使鼠李糖脂的作用效果達(dá)到最佳，本次試驗(yàn)中使用的鼠李糖脂溶液的pH值較高，在該pH值環(huán)境下從土壤中解吸出來(lái)的鎘會(huì)形成一定量的殘?jiān)鼞B(tài)鎘[18]，此部分鎘仍然存在于土壤體系中無(wú)法被解吸出來(lái)。因此，淋洗試驗(yàn)雖然能使土壤中大部分鎘被解吸，但亦增加了土壤中殘?jiān)鼞B(tài)鎘和有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘的含量。

2.2.4 鼠李糖脂去除土壤中鎘的吸附動(dòng)力學(xué)特性

準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型假定吸附受擴(kuò)散步驟的控制，且吸附速率與平衡吸附量和t時(shí)刻吸附量的差值成正比，其表達(dá)式如下：

ln(qe-qt)=lnqe-k1t

準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型假定吸附速率受化學(xué)吸附機(jī)理的控制，該機(jī)理涉及到吸附劑與要去除離子之間的電子共用或轉(zhuǎn)移，其表達(dá)式如下：

本文將pH值為10時(shí)不同濃度鼠李糖脂溶液對(duì)人工鎘污染土樣中鎘解吸的結(jié)果進(jìn)行了準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)曲線擬合，其擬合結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可見(jiàn)，不同濃度的鼠李糖脂溶液對(duì)人工鎘污染土樣中鎘的吸附均符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程，同時(shí)濃度為30 g/L、40 g/L、50 g/L的鼠李糖脂溶液對(duì)土樣中鎘的吸附也符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程(圖5中未列出)，而濃度為10 g/L和20 g/L的鼠李糖脂溶液對(duì)土樣中鎘的吸附不符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程。這表明：在高濃度(30 g/L、40 g/L、50 g/L)鼠李糖脂溶液作用下土壤中鎘的的解吸過(guò)程受擴(kuò)散步驟和化學(xué)吸附機(jī)理共同控制；而在低濃度(10 g/L和20 g/L)鼠李糖脂溶液作用下土壤鎘解吸過(guò)程僅受化學(xué)吸附機(jī)理的影響。

圖5 pH值為10時(shí)不同濃度鼠李糖脂溶液對(duì)人工鎘污染土樣中鎘解吸的準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合曲線Fig.5 Quasi-two-order kinetic equation fitting for different concentrations of rhamnolipid solutions

2. 3 淋濾試驗(yàn)結(jié)果與分析

從上述淋洗試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鼠李糖脂溶液濃度的不同，對(duì)土壤中鎘解吸的影響機(jī)理也不同，而鼠李糖脂的成本較高，為了達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益，本次選用濃度為20 g/L、pH值為10的鼠李糖脂溶液進(jìn)行了淋濾試驗(yàn)，并以pH值為10的不含鼠李糖脂成分的溶液作為對(duì)照組，淋濾前后人工鎘污染土樣和天然鎘污染土樣中鎘的形態(tài)及其含量，見(jiàn)圖6。

圖6 淋濾前后人工鎘污染土樣和天然鎘污染土樣中 鎘的形態(tài)及其含量Fig.6 Comparison of soil cadmium content before and after leaching experiment

由圖6可見(jiàn)，通過(guò)連續(xù)淋濾后，天然鎘污染土樣中總鎘的含量從0.46 mg/kg降至0.17 mg/kg，低于《土壤環(huán)境質(zhì)量——農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中土壤鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。這是因?yàn)椋菏罄钐侵コ寥乐墟k是一個(gè)動(dòng)態(tài)的吸附-解吸過(guò)程,在連續(xù)淋濾過(guò)程中，鼠李糖脂的持續(xù)供給使已吸附鎘的鼠李糖脂膠團(tuán)與未吸附鎘的鼠李糖脂膠團(tuán)發(fā)生了交換，從而導(dǎo)致天然鎘污染土樣中有機(jī)態(tài)鎘的補(bǔ)給量降低；另外，酸性天然鎘污染土樣中原本存在的酸性物質(zhì)能中和部分殘?jiān)鼞B(tài)鎘，進(jìn)而減少淋洗試驗(yàn)中生成的殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量。因此，長(zhǎng)時(shí)間淋濾后，天然鎘污染土樣中總鎘的含量會(huì)大大降低。

由圖6還可以看出，鼠李糖脂對(duì)人工鎘污染土樣和天然鎘污染土樣中鎘去除的作用機(jī)理相似，在鎘的形態(tài)上均呈現(xiàn)可交換態(tài)鎘的去除率約90%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘的去除率約50%，而對(duì)于殘?jiān)鼞B(tài)幾乎沒(méi)有作用。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)人工鎘污染土樣和天然鎘污染土樣進(jìn)行淋洗和淋濾試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

(1) 天然鎘污染土樣的等溫吸附曲線符合Langmuir模型，其對(duì)鎘的最大吸附量Smax為29.68 g/kg。

(2) 鼠李糖脂溶液對(duì)土壤中鎘的去除效果受溶液pH值的影響，當(dāng)溶液pH值>10時(shí)，土壤中鎘的去除率下降。

(3) 鼠李糖脂去除土壤中鎘的機(jī)理為：鼠李糖脂吸附在土壤表面后與鎘絡(luò)合，降低了土壤表面張力，削減了鎘與土壤之間的黏性，使得鎘與土壤顆粒分離；隨著淋洗作用的進(jìn)行，鼠李糖脂與鎘的絡(luò)合物脫離土壤并與鼠李糖脂膠束結(jié)合。

(4) 高濃度鼠李糖脂溶液作用下人工鎘污染土樣中鎘的解吸過(guò)程受擴(kuò)散步驟和化學(xué)吸附機(jī)理共同控制；低濃度鼠李糖脂溶液作用下人工鎘污染土樣中鎘的解吸過(guò)程僅受化學(xué)吸附機(jī)理的影響。

(5) 鼠李糖脂溶液的最佳淋濾濃度為20 g/L，經(jīng)過(guò)168 h的連續(xù)淋濾能使天然鎘污染土樣中鎘的含量低于《土壤環(huán)境質(zhì)量——農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中土壤鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

(6) 淋洗法修復(fù)土壤中重金屬鎘污染在技術(shù)上可行，但由于鼠李糖脂價(jià)格較高，能否大量使用還受當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)水平、土地污染修復(fù)必要性及鎘污染程度的影響。

(7) 鼠李糖脂溶液在pH值為9～10時(shí)對(duì)酸性鎘污染土壤的修復(fù)效果最顯著，過(guò)高或過(guò)低的鼠李糖脂溶液pH值均會(huì)降低鼠李糖脂對(duì)土壤中鎘的修復(fù)效果。