鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬的淋溶試驗(yàn)研究

舒曉曉

（1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

1 材料和方法

1.1 樣品數(shù)據(jù)

本文研究的鉛鋅礦區(qū)位于西北部沅陵縣，年平均降水量1 440 mm，變化幅度是958～2 047 mm，得到了8個(gè)采樣區(qū)域，每個(gè)采樣區(qū)域使用蛇形布點(diǎn)法設(shè)置，樣品的采樣深度是0～20 cm，每處采樣地點(diǎn)采集的樣品質(zhì)量是1 kg，樣品進(jìn)行自然風(fēng)干以后，放置在40℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，所有的樣品進(jìn)行混合之后需要研磨，通過(guò)四分法對(duì)實(shí)驗(yàn)的樣品進(jìn)行處理，做好了樣品的預(yù)處理之后，通過(guò)ICP做好樣品的重金屬檢測(cè)工作，重金屬檢測(cè)結(jié)果如表1，其他的樣品備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本次實(shí)驗(yàn)是使用淋溶裝置開(kāi)展的，淋溶裝置的主體高度是45 cm，柱體內(nèi)部的直徑是4 cm，主體的兩邊都會(huì)分布固體采樣口，每個(gè)采樣口之間的距離是5 cm，柱體的下面是液體采樣口。

1.3 淋溶液的配備

分析空氣質(zhì)量環(huán)境的相關(guān)資料，了解到了當(dāng)?shù)氐慕邓畃H值是3.8～7.2，降水量是1 200～1 500 mm，本次試驗(yàn)的淋溶液可以模擬降水情況，模擬的雨水是用硫酸、硝酸、氫氧化鈉，采用稀釋法進(jìn)行配置的，pH值是3.8、5.5以及7.2。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 鉛鋅礦區(qū)的土壤重金屬淋溶特點(diǎn)分析

填充物自上而下分別是玻璃珠、無(wú)紡紗布以及土壤。礦區(qū)土壤的裝前質(zhì)量為0.55 kg，使用淋溶液后的樣品才能夠達(dá)到飽和狀況，最大程度地對(duì)土壤的狀態(tài)進(jìn)行模擬。然后模擬降雨情況，使用連續(xù)的模擬淋溶辦法，用到了玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)對(duì)水進(jìn)行控制，讓流速控制到7～7.5 mL/h，同時(shí)對(duì)室溫進(jìn)行保持，根據(jù)相關(guān)的氣象資料獲得當(dāng)?shù)啬杲邓繛? 200～1 500 mm，1 300 mm是年平均降水量。

式中：S——容器面積；h——高度。

式中：Q——體積；v——速度。

根據(jù)公式（1）和公式（2）獲得的溶液總量為5 200 mL，實(shí)驗(yàn)4年得到的容量為5 200 mL，使用時(shí)間是28.9～30.9 d，淋溶的周期是30 d，30 d之后會(huì)結(jié)束淋溶，然后收集溶液。

1.4.2 淋溶條件下鉛鋅礦區(qū)的土壤重金屬遷移分析

淋溶柱體中自上而下分別是玻璃珠、無(wú)紡紗布以及礦區(qū)土壤，污染土壤的裝填質(zhì)量是0.3 kg，干凈土壤的裝填質(zhì)量是0.25 kg，處理方式和以上相同。

2 結(jié)果和討論

2.1 土壤淋溶pH值的變化情況

土壤系統(tǒng)的成分比較復(fù)雜，緩沖的容量也是比較強(qiáng)大的，pH值的高低在某種程度上反映了土壤對(duì)于酸堿程度的緩沖情況。

因?yàn)榱苋軐?shí)驗(yàn)中淋溶液在不斷地積累，3種pH值的淋溶液經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后的電導(dǎo)率變化表現(xiàn)出明顯的不同，第1階段的體積是0～1 300 mL，電導(dǎo)率是快速下降的。第2個(gè)階段的體積大于1 300 mL，這個(gè)階段的電導(dǎo)率較小而且變化比較緩慢，最終進(jìn)入到了平衡的狀況中。這是因?yàn)榉磻?yīng)是在不斷的進(jìn)行著，土壤被交換的離子數(shù)量也在不斷地減少，內(nèi)部的一些離子在緩慢地進(jìn)行釋放，所以這種過(guò)程會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。

表2 土壤淋溶pH值的變化情況Tab.2 Change of pH value of soil leaching

2.2 土壤淋出液重金屬含量的變化情況

文章以3種不同的淋出液對(duì)鉛鋅礦區(qū)的土壤進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，獲得重金屬在淋溶之后的各種金屬元素的濃度，在這種情況下，淋出液中的濃度整體上滿(mǎn)足先增加后降低的要求，淋出液的體積是210 mL，很快就達(dá)到了巔峰值，而且濃度由高到低對(duì)應(yīng)的3種淋出條件，pH值分別是3.8、5.5以及7.2，當(dāng)年淋出液累計(jì)總量高于210 mL時(shí)，濃度也是不斷地在降低的，濃度會(huì)隨著容量的累積變化而出現(xiàn)變化，但是淋出液中的濃度累積量高于1 300 mL時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離子濃度平衡的趨勢(shì)，當(dāng)淋出液的體積為100 mL時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生濃度峰值，之后濃度會(huì)不斷地下降，濃度在回升之后維持了一個(gè)很平穩(wěn)的過(guò)程，因?yàn)闈舛鹊姆逯党霈F(xiàn)得很晚，所以當(dāng)體積為650 mL時(shí)就會(huì)產(chǎn)生峰值，然后就是不斷平穩(wěn)下降的過(guò)程，當(dāng)體積高于4 550 mL時(shí)，濃度就是平衡的。

2.3 重金屬濃度、pH值和電導(dǎo)率的相關(guān)關(guān)系

通過(guò)了解淋溶狀況下重金屬的濃度、pH值電導(dǎo)率和體積之間的關(guān)系，才能更深入了解其淋溶的具體方向和程度。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤在這種實(shí)驗(yàn)條件下，重金屬的釋放量、pH值和溶液體積之間有一定的相關(guān)性，且是一種正相關(guān)關(guān)系，淋出液的電導(dǎo)率和體積是一種負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

淋溶過(guò)程中pH值的變化整體上是迅速上升緩慢增加，然后平衡的3個(gè)過(guò)程，趨于平衡之后的3種淋溶液產(chǎn)生的pH值并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的差別，電導(dǎo)率是快速下降以及緩慢下降到平穩(wěn)的兩個(gè)狀態(tài)，淋溶之后土壤中的金屬形態(tài)產(chǎn)生了很大的變化，整體的趨勢(shì)是比例顯著提升的，但是酸可提取的狀態(tài)比例不斷下降。