重金屬污染土壤原位鈍化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

摘要：綜述了常用的土壤重金屬污染原位鈍化劑的實(shí)用性、介紹了原位鈍化修復(fù)的原理，及其國內(nèi)外研究與發(fā)展動態(tài)，并在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的展望，提出土壤原位鈍化修復(fù)技術(shù)的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：重金屬；污染土壤；鈍化；修復(fù)

引言

隨著工業(yè)化城市的快速發(fā)展，我國整體土壤環(huán)保安全的問題逐步突顯出來，各種工業(yè)污染、廢氣廢水、重金屬、化學(xué)農(nóng)藥直接影響自然環(huán)境土壤的健康。截止目前，我國已經(jīng)由2000萬m3的土壤受損，占耕地總面積20%以上，其中大部分為中度或重度污染，直接影響土壤的正常修復(fù)更新。通過各種方法實(shí)現(xiàn)原位鈍化，確定修復(fù)效果，減緩生物化學(xué)遷移過程，提高修復(fù)效果，逐步降低重金屬的修復(fù)比例。原位鈍化修復(fù)技術(shù)是一種極其經(jīng)濟(jì)高效的污染治理技術(shù)方法，是符合我國目前可持續(xù)快速發(fā)展的基本戰(zhàn)略方針和技術(shù)需求，未來可以廣泛的提高土壤環(huán)境的保護(hù)效果，確保土壤的多項(xiàng)利用。

1、土壤修復(fù)的方法

土壤污染中，采用鈍化修復(fù)來提高土壤的活性，通過增加礦物質(zhì)成分，確定微生物、磷酸機(jī)物料，控制土壤的沉淀吸收比例，實(shí)現(xiàn)快速氧化過程，分析土壤內(nèi)部的性質(zhì)變化，提高土壤的自主調(diào)理過程，改善土壤的污染程度，確定有效的土壤修復(fù)效果，實(shí)現(xiàn)多種類、多方式的修復(fù)，確保土壤修復(fù)效果，完成土壤修復(fù)目標(biāo)。

1.1 無機(jī)鈍化法

無機(jī)鈍化修復(fù)方法的種類主要有：磷酸鹽類無機(jī)鈍化修復(fù)法、黏土礦物鈍化修復(fù)法以及一些其他化學(xué)成分的無機(jī)鈍化修復(fù)法。按照其基礎(chǔ)的化學(xué)原理不同，區(qū)分無機(jī)修復(fù)劑的類別，確定黏土礦物修復(fù)劑、磷酸鹽類修復(fù)劑以及一些化學(xué)無機(jī)鈍化制劑修復(fù)劑的不同修復(fù)效果。其中，采用磷酸化合物可以實(shí)現(xiàn)有效的鈍化修復(fù)作用，改變土壤的酸堿程度值，完成化學(xué)變化，降低鉛和汞的生物效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)生物植物積累控制。磷酸能夠有效的降低植物對Cd的吸收，但是對Zn的影響不是很大，磷肥的使用可以提高植物劑的有效使用。As在土壤的遷移過程中，常常選用含鐵、鋁氧化物進(jìn)行處理。另外，因?yàn)橘Y源的不足，某些礦物質(zhì)因質(zhì)地受到嚴(yán)重的限制，一些富含鐵鋁物質(zhì)的應(yīng)用中采用鈍化重金屬得到了有效的認(rèn)可。

1.2 有機(jī)鈍化法

有機(jī)鈍化修復(fù)法的處理方式有：堆肥修復(fù)方法、淋洗劑修復(fù)方法、生物農(nóng)機(jī)肥修復(fù)方法等等。有機(jī)鈍化修復(fù)重金屬土壤具有一定的優(yōu)勢，通過增加土壤陽離子的交換量，降低土壤中重金屬水溶液比例，提高交換組頻率效果，實(shí)現(xiàn)生物的有效改變。其中，堆肥劑中類似有機(jī)物的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對低生物污染的土壤元素進(jìn)行動態(tài)含量分析，降低植物的吸收效果，促進(jìn)植物的有效生長。淋洗劑有機(jī)鈍化修復(fù)方法是通過確定淋洗比例，提高整體試驗(yàn)效果。采用生物農(nóng)機(jī)劑可以有效的實(shí)現(xiàn)金屬濃度降低，實(shí)現(xiàn)整體植物葉片金屬含量的有效降低。

1.3 微生物鈍化法

微生物鈍化修復(fù)方式有：微生物固定修復(fù)方式、微生物轉(zhuǎn)化修復(fù)方式。微生物固定修復(fù)方式是依據(jù)細(xì)胞表面的電荷進(jìn)行土壤中重金屬離子的有效化吸附作用，從而實(shí)現(xiàn)金屬移動性的降低。微生物的生物轉(zhuǎn)化是通過微生物的氧化還原過程，去除重金屬中的有機(jī)分泌配體，確保激素、有機(jī)分泌物質(zhì)可以間接的完善微生物氧化還原過程，實(shí)現(xiàn)微生物對重金屬的吸收過程。例如，微生物鈍化可以將硫酸鹽轉(zhuǎn)換為硫化物，確保污染短效的沉淀作用。特別對于沸石和碳源配合的情況下，還原細(xì)菌可以在72小時(shí)后去除90%以上的Zn鈍化。一些菌株可以提高Zn、Mn的移動性，完成Cd、Cu的鈍化固定。實(shí)際的生物菌種一般都對Cd可以凈化，逐步降低整體態(tài)含量。微生物鈍化是有效的修復(fù)氧化，土壤氧化還原的影響比例較大，硫酸鹽對還原細(xì)菌有優(yōu)勢，可以快速的完成Cd和Zn的鈍化修復(fù)。

1.4 復(fù)合材料

復(fù)合材料是將化學(xué)修復(fù)方法、生物修復(fù)方法組合實(shí)現(xiàn)的修復(fù)材料，種類極其豐富，只要可以實(shí)現(xiàn)重金屬修復(fù)效果，都可以被命名為重金屬污染復(fù)合修復(fù)材料。

復(fù)合材料具有良好的復(fù)合效果，可以對不同鈍化修復(fù)劑進(jìn)行整合處理，提高重金屬土壤的整體修復(fù)發(fā)展效果。對于土壤的污染處理具有一定的選擇效果，選擇有效的鈍化修復(fù)實(shí)現(xiàn)修復(fù)效果。例如，選擇碳酸鈣與碳酸氰化物組合可以提高鈍化修復(fù)劑的使用效果，避免了單獨(dú)使用鈍化修復(fù)劑造成土壤酸堿不平衡的問題。鈍化重金屬污染物時(shí)，可以通過修復(fù)劑有效的提高鈍化修復(fù)效果，亦可以通過有機(jī)質(zhì)提高修復(fù)效果，從而在一定程度上彌補(bǔ)單一元素降解不足帶來的問題。合理的控制有機(jī)質(zhì)分解帶來的風(fēng)險(xiǎn)問題，逐步提高復(fù)合材料的修復(fù)效果，實(shí)現(xiàn)合協(xié)而有效的技術(shù)彌補(bǔ)作用，快速的完善整體修復(fù)效果。

2、土壤重金屬鈍化的機(jī)理

土壤鈍化的機(jī)理是通過酸堿程度確定鈍化效果和鈍化標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)金屬的有效程度，確定鈍化中可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定因素，實(shí)現(xiàn)土壤PH的有效控制。通過土壤鈍化緩沖逐步降低土壤鈍化效果，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，逐步加強(qiáng)土壤鈍化效果。選用合理的材料，提升土壤的整體鈍化穩(wěn)定效果，確保鈍化吸附比例容量，保證土壤穩(wěn)定修復(fù)過程。采用復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)礦物質(zhì)晶格層之間污染物的有效吸附，修復(fù)材料通過晶格實(shí)現(xiàn)吸附，完成沉淀。合理的分析重金屬污染物的鈍化機(jī)制，有效的鈍化修復(fù)持續(xù)發(fā)展，確定不同吸附劑的鈍化差異比例，完善土壤修復(fù)效果。

2.1 沉淀

沉淀可以實(shí)現(xiàn)土壤中Cd的有效溶解，降低土壤毒性、污染程度。磷酸根對于土壤中的Cd鈍化有一定的作用，可以合理的實(shí)現(xiàn)污染物的穩(wěn)定沉淀控制管理。當(dāng)酸堿程度升高的時(shí)候，沉淀反應(yīng)產(chǎn)物的晶格水平變?nèi)?，不易沉淀。但在適宜的PH值條件下，采用磷酸鹽可以有效的實(shí)現(xiàn)Cd鈍化作用。表面沉淀中在酸性土壤上施用磷石膏、紅石膏和白云石殘?jiān)茱@著提高Pb、Cd、Cu在土壤固相組分中的穩(wěn)定性，降低其遷移和生物有效性。由于鈍化劑具有一定的溶解度，因此能夠與污染元素更好地接觸反應(yīng)，從而有望發(fā)揮更有效的鈍化效果。

2.2 化學(xué)吸附

Fe與Mn的氧化物具有良好的吸附作用，吸附As污染物。砷酸根在含鐵、鋁物質(zhì)作用下，可以通過基團(tuán)交換反應(yīng)替換鐵鋁氧化物表面的-OH、-OH2等基團(tuán)而被吸附在礦物表面，并通過X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜（XAFS）證實(shí)形成了穩(wěn)定的雙齒雙核結(jié)構(gòu)的復(fù)合物。赤泥也主要是通過化學(xué)吸附作用，使重金屬污染物進(jìn)入鐵鋁礦物晶格內(nèi)形成穩(wěn)定的復(fù)合物，來降低其生物可利用性和毒性。

2.3氧化還原

采用氧化還原作用分解有機(jī)質(zhì)中的官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)金屬絡(luò)合物的穩(wěn)定氧化還原處理，實(shí)現(xiàn)植物生物的有效吸收。細(xì)菌壁的活性因子通過真菌和細(xì)菌作用完成，對金屬進(jìn)行強(qiáng)行絡(luò)合處理，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的吸附處理。降低土壤中的生物比例，有效完善絡(luò)合效果。但是，氧化還原對于不同金屬變價(jià)有不同的改變，鈍化可以逐步降低土壤中金屬對土壤的影響，實(shí)現(xiàn)電位還原處理，完成離子交換控制。

2.4 有機(jī)絡(luò)合

有機(jī)質(zhì)中含有大量的有機(jī)官能團(tuán)，在與重金屬反應(yīng)后形成一定穩(wěn)定程度的金屬有機(jī)絡(luò)合物，從而降低重金屬污染物的植物吸收性以及生物可利用性。其中腐熟度較高的有機(jī)質(zhì)可以通過形成粘土-金屬-有機(jī)質(zhì)三元復(fù)合物增加重金屬污染物在土壤中的吸附量?？柹壤肵AFS研究發(fā)現(xiàn)，Cd在土壤中可以與有機(jī)質(zhì)中的羧（RCOOH）及巰基（RSH）形成穩(wěn)定的有機(jī)絡(luò)合物。

2.5離子交換

采用鈍化修復(fù)劑中的離子交換技術(shù)，完成化學(xué)分析的吸附，從而逐步降低重金屬的生物效用。例如，砷酸根在鋁鐵氧化物的作用下，會對重金屬中的氫鍵或氫羥根進(jìn)行結(jié)合，形成穩(wěn)定的雙架構(gòu)分子元素。

3、鈍化在土壤重金屬修復(fù)中的未來發(fā)展趨勢

由于鈍化劑只是暫時(shí)降低了土壤中重金屬污染物的生物有效性以及重金屬的有效形態(tài)而并沒有消除重金屬污染，因而鈍化的穩(wěn)定性和時(shí)間效應(yīng)以及對土壤的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)需要進(jìn)一步明確。提高鈍化穩(wěn)定性，縮短鈍化時(shí)間，確保鈍化修復(fù)效果。通過有機(jī)質(zhì)、工業(yè)產(chǎn)品配合，采用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)鈍化修復(fù)的效果，減少污染物質(zhì)的排放量，提高土壤降解能力，減少鈍化劑使用量，降低環(huán)境的污染情況，確保整體鈍化修復(fù)過程，逐步在修復(fù)中開展技術(shù)研發(fā)過程，并研究未來有效的修復(fù)缺陷的方法。

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作者簡介：馬遠(yuǎn)（1994-），男，內(nèi)蒙古包頭市，大學(xué)本科學(xué)歷，環(huán)境科學(xué)專業(yè)。