土壤重金屬污染鈍化修復(fù)技術(shù)的研究

陳云云

（化工部長沙設(shè)計(jì)研究院 湖南長沙 410000）

土壤重金屬污染鈍化修復(fù)技術(shù)的研究

陳云云

（化工部長沙設(shè)計(jì)研究院 湖南長沙 410000）

鈍化劑的使用成本低廉、效果快速、操作簡單，因此已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)中。對此，本文首先介紹了土壤重金屬污染治理現(xiàn)狀，然后對鈍化劑對土壤重金屬的主要形態(tài)的影響進(jìn)行了分析，并具體探究了土壤重金屬污染鈍化修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用。

土壤；重金屬；鈍化

1 引言

現(xiàn)如今，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，大量重金屬離子對土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，不僅會導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降，而且還會通過生物富集作用危害人類健康，因此，修復(fù)和再生重金屬污染土壤至關(guān)重要。

2 土壤重金屬污染治理現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，對于重金屬污染土壤的治理主要有兩種方法：①將污染物清除，即將污染物從一個地方轉(zhuǎn)移至另一地方；②將污染物鈍化，即從可溶態(tài)或可交換態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶態(tài)，有效減少污染物在土壤中的遷移性和生物可利用性。現(xiàn)有的土壤修復(fù)技術(shù)包括換土法、化學(xué)修復(fù)、生物鈍化、電修復(fù)和熱修復(fù)等方法。其中生物鈍化技術(shù)指的是將土壤中的細(xì)菌及真菌通過生物吸附固定、溶解、氧化還原等降低重金屬的可交換態(tài)，具有不存在二次污染，對土壤破壞小等優(yōu)點(diǎn)。因此對重金屬污染土壤進(jìn)行鈍化修復(fù)，有利于降低土壤環(huán)境中的重金屬的含量，從而減少其在農(nóng)作物中的累積，對于改善土壤環(huán)境具有十分重要的實(shí)用價值。

3 鈍化劑對土壤重金屬的主要形態(tài)的影響

3.1 鈍化劑對土壤重金屬可交換態(tài)的影響

生物有效性和重金屬形態(tài)有相關(guān)性，會隨形態(tài)的不同而產(chǎn)生變化，最容易被生物利用的重金屬形態(tài)就是可交換態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，采用石灰處理污染土壤后，發(fā)現(xiàn)土壤中可交換態(tài)的Zn和Cd含量會顯著降低。

有機(jī)質(zhì)對重金屬污染的土壤的治理方式主要是通過形成不溶性金屬-有機(jī)復(fù)合物、增加土壤陽離了交換量（CEC）、降低土壤中重金屬的水溶態(tài)及可交換態(tài)，進(jìn)而降低土壤中重金屬的生物有效性。因此，常用鈍化劑如石灰類屬于無機(jī)—有機(jī)混合穩(wěn)定劑對土壤可交換態(tài)的影響已經(jīng)相對穩(wěn)定，并且取得了比較明顯的應(yīng)用效果。

3.2 鈍化劑對土壤重金屬碳酸鹽結(jié)合態(tài)的影響

重金屬的碳酸鹽結(jié)合態(tài)對農(nóng)田土壤環(huán)境中的pH最為敏感，當(dāng)pH下降時易重新釋放出來而進(jìn)入土壤環(huán)境中，相反，pH升高有利于碳酸鹽的生成。施用石灰或碳酸鈣主要目的是提高土壤pH，使土壤中重金屬元素Cd和Hg以及微量元素Cu和Zn等形成氫氧化物或碳酸鹽類沉淀。當(dāng)土壤pH＞6.5時，Hg就能形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀。根據(jù)研究表明，隨著pH的升高，土壤重金屬可被生物利用性下降，主要原因是土壤pH的上升會提高土壤有機(jī)/無機(jī)膠體和粘粒對重金屬離了的吸持能力。

3.3 鈍化劑對土壤重金屬鐵—錳氧化物結(jié)合態(tài)的影響

鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)重金屬一般是以礦物的外囊物和細(xì)粉散顆粒存在，活性的鐵錳氧化物比表面積大，吸附或共沉淀陰離了而成。鐵錳氧化態(tài)重金屬含量隨pH的升高緩慢增加，當(dāng)pH＞6以上，則含量隨pH升高迅速增加。當(dāng)pH小于零點(diǎn)電荷時，膠體表面帶正電，產(chǎn)生的專性吸附作用隨產(chǎn)生正電荷的增加而削弱，從而對重金屬的吸附能力增加緩慢。當(dāng)pH升到氧化物的零點(diǎn)電荷以上，膠體表面帶負(fù)電荷，對重金屬的吸附能力必然急劇增加，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)主要體現(xiàn)了人類活動對自然環(huán)境的污染。

3.4 鈍化劑對土壤重金屬有機(jī)結(jié)合態(tài)的影響

一般認(rèn)為，重金屬有機(jī)結(jié)合態(tài)主要和土壤中的有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。當(dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加后，會促使土壤中重金屬由碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化成為有機(jī)結(jié)合態(tài)。土壤有機(jī)質(zhì)可與重金屬進(jìn)行絡(luò)合-鰲合反應(yīng)，一般當(dāng)重金屬離子濃度較低時，以絡(luò)合、鰲合作用為主。鈍化劑對有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬的鈍化形式主要采用營造土壤氧化環(huán)境的方式，促使有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬分解釋放，從而得到很好的鈍化效果。

3.5 鈍化劑對土壤重金屬殘?jiān)鼞B(tài)的影響

殘?jiān)鼞B(tài)重金屬一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物土壤晶格中，是自然地質(zhì)風(fēng)化過程的結(jié)果。在農(nóng)田土壤中以殘?jiān)鼞B(tài)存在的重金屬一般不容易被種植的作物吸收，但是殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬在農(nóng)田土壤中也不易分解，只有通過施用鈍化劑促使其與重金屬殘?jiān)鼞B(tài)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生預(yù)期效果。

4 土壤重金屬污染鈍化修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

4.1 石灰在土壤重金屬鈍化技術(shù)中的應(yīng)用

石灰是用碳酸鈣含量較高的原料經(jīng)900～1000℃鍛燒而成的堿性無機(jī)物.通過提高土壤pH值來降低重金屬在土壤中的危害性，是一種主要的土壤重金屬鈍化修復(fù)措施，尤其是在偏酸性的土壤中，而石灰類鈍化劑（包括生石灰、熟石灰、石膏等）是這類鈍化修復(fù)措施中應(yīng)用最為廣泛的無機(jī)鈍化劑。石灰進(jìn)入土壤后，主要通過多種吸附過程和沉淀形成難溶性鹽這兩類方式降低土壤重金屬的生物有效性。不少學(xué)者的研究表明，石灰的施入可以較快降低土壤中多種重金屬遷移性和環(huán)境毒性，尤其是對Cd的鈍化，主要原因在于難溶性碳酸鎘的生成以及添加石灰促進(jìn)Cd2+水解，而土壤對水解產(chǎn)物Cd（OH）+的吸附效果更好。研究表明，土壤施入石灰后，pH上升了20%左右，Cu、Zn的有效態(tài)與對照組相比分別降低了92.3%和87.6%。石灰的施入也可以有效降低植物中重金屬的含量，根據(jù)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)種植油麥菜Pb的含量比對照組下降了20%左右。但長期施用石灰可能破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響土著微生物的豐度和群落結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)和養(yǎng)分流失，因此，在使用石灰作為土壤重金屬鈍化劑時，應(yīng)該注意用量和施用周期，與有機(jī)質(zhì)、微生物肥料復(fù)合使用或適當(dāng)選取兩種作物套種可以削弱因石灰的施入而引起的負(fù)面作用。

4.2 粉煤灰在土壤重金屬鈍化技術(shù)中的應(yīng)用

粉煤灰是從化石燃料燃燒后的煙氣中收集起來的細(xì)灰，呈堿性，富含鐵硅鋁酸鹽，顆粒呈多孔型蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積較大，具有較高的吸附活性和吸水性。粉煤灰的比表面積一般可以達(dá)到3400cm2/g，這一特點(diǎn)使其對土壤中的無機(jī)污染物有較好的吸附作用，通常作為酸性土壤的重金屬鈍化劑使用。但根據(jù)研究表明，中性土壤中粉煤灰的施用也可以有效鈍化土壤中的Cu、Cr和Cd。另外，通過露天盆栽試驗(yàn)表明，粉煤灰施入土壤后，所種植的油麥菜葉片內(nèi)多種重金屬的含量與對照組相比下降了30%左右。除此之外，將粉煤灰施入土壤，還有助于增加土壤微生物的活性、降低土壤養(yǎng)分淋失，緩解土壤酸化，促進(jìn)根際硝化反應(yīng)，降低根際A13+毒害作用，促進(jìn)作物生長，工業(yè)生產(chǎn)活動提供豐富的粉煤灰來源。

4.3 有機(jī)肥在土壤重金屬鈍化技術(shù)中的應(yīng)用

有機(jī)肥在土壤重金屬鈍化中的應(yīng)用主要是因?yàn)槠渲亟饘俳j(luò)合作用，此外，有機(jī)物的施加還可以通過增加土壤CEC降低重金屬的生物有效性，有機(jī)肥富含芳香結(jié)構(gòu)，在腐熟程度較高的有機(jī)肥中含量可達(dá)到3%，其上有大量的含氧基團(tuán)和氨基，這為重金屬的絡(luò)合提供豐富的配位基，含氧基團(tuán)對重金屬的靜電吸附作用也降低了重金屬的遷移能力，即使在pH低至3.9的土壤環(huán)境中，有機(jī)肥的添加依舊可以有效降低土壤Cu和Pb的淋溶性和遷移能力，其效率分別達(dá)到74.5%和61.0%。長期施用有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤中水穩(wěn)定性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增強(qiáng)土壤固碳能力，增強(qiáng)土壤抵抗力與恢復(fù)力。

4.4 生物炭在土壤重金屬鈍化技術(shù)中的應(yīng)用

生物炭指的是生物質(zhì)如木材、農(nóng)作物廢棄物、植物組織或動物骨骼等在缺氧和相對溫度較低（＜700℃）條件下熱解炭化形成的產(chǎn)物，其較低的生產(chǎn)溫度和農(nóng)藝價值使其與木炭區(qū)分開，生物炭呈堿性，可溶性極低，具有高度竣酸酷化和芳香化結(jié)構(gòu)，擁有較大的孔隙度和比表面積，將其作為改善土壤質(zhì)量、吸附污染物的鈍化劑施入農(nóng)田土壤，不僅可以降低重金屬對作物和人畜健康的危害，還可以減少土壤養(yǎng)分淋失、促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成、改善土壤質(zhì)量、增加農(nóng)作物產(chǎn)量、提升土壤儲存有機(jī)碳的能力、增加土壤固碳效率和土壤碳庫含量。人們?nèi)粘Ｉ顬樯锾康纳a(chǎn)提供了大量的原料，據(jù)估計(jì)每人每年產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物約為200kg，將有機(jī)廢棄物以生物炭的形式施入土壤也是市政、農(nóng)業(yè)垃圾的一種可持續(xù)發(fā)展的處置方法，能夠有效節(jié)約因垃圾填埋而占用的土地資源。

5 結(jié)語

在土壤污染治理工程中，鈍化修復(fù)技術(shù)具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，鈍化技術(shù)極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，在土壤重金屬環(huán)境治理中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況選用具體的鈍化技術(shù)，這樣才能有效開展重金屬污染防治工作。

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1004-7344（2016）13-0293-02

2016-4-25

陳云云（1984-），女，助理工程師，本科，主要從事技術(shù)設(shè)計(jì)工作。