重金屬污染土壤修復(fù)中的固定化試劑應(yīng)用探析

＊呂立盈

（梧州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所 廣西 543003）

土地是國民賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，土地的土壤質(zhì)量變化直接影響到人類在使用土地中的安全性與可靠性，特別是隨著工業(yè)化發(fā)展的不斷加深，大量廢棄物的排放，大量農(nóng)藥的施用讓很多重金屬成為土壤中的重要污染因素。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)研究顯示，我國土壤受污染后的無機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位可占總點(diǎn)位數(shù)的83%左右。主要的土壤重金屬污染物為鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等。一旦重金屬元素超標(biāo)，就會因長期滯留、無法有效轉(zhuǎn)移、不易降解而直接惡化土壤質(zhì)量，最終可能經(jīng)由水、可食用植物等途徑被人類食用，直接出現(xiàn)不可預(yù)估的健康危機(jī)。為此，如何讓修復(fù)技術(shù)更有效果，值得深入探討。

1.重金屬污染土壤修復(fù)應(yīng)用固定化試劑的可行性

當(dāng)前，人們對重金屬污染的土壤修復(fù)提出了不少技術(shù)性措施，主要形成三種思路。第一種思路認(rèn)為：應(yīng)從物理、生化學(xué)科的角度出發(fā)，直接去除土壤中的重金屬，雖然該思路下能夠有效降低污染元素總量，但其缺點(diǎn)在于需要投入更大的成本與代價。第二種思路認(rèn)為：應(yīng)合理實(shí)施隔離方案，選用更有代表性的防滲透滲漏材料，將已經(jīng)受重金屬污染的土壤與周圍未被污染的土壤進(jìn)行隔離，從而切斷重金屬的流通渠道與途徑，避免因污染擴(kuò)散形成多次污染，缺點(diǎn)在于對防滲透滲漏材料的技術(shù)及工藝要求更高。第三種思路認(rèn)為：可主動向已受污染區(qū)域的土壤中投放不同類型的固定化試劑，使用土壤原位固定化修復(fù)的方法，通過固定劑對重金屬元素的有效吸附沉淀等作用，直接將重金屬元素固定在已污染的土壤層中，降低隨意擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。通過對三種方案的研究可知，采用固定化試劑來修復(fù)重金屬污染的土壤能夠發(fā)揮出更有效的作用，不僅在技術(shù)專業(yè)性上要求不高，對成本的投入量也使用不大，同時還能夠較直觀地完成不同濃度的土壤重金屬污染。

從第三種思路的作用原理上來分析，采用固定化試劑后，能夠針對不同種類土壤污染重金屬的生物有效性進(jìn)行抑制和降低處理。通常，重金屬的生物有效性與重金屬在土壤中的形態(tài)有直接關(guān)聯(lián)，在一些研究中，土壤重金屬按不同形態(tài)來排列生物有效性的順序依次為：殘渣形態(tài)＜有機(jī)物形態(tài)或硫化物化學(xué)反應(yīng)結(jié)合形態(tài)＜鐵錳元素氧化物結(jié)合態(tài)＜碳酸鹽等鹽類結(jié)合態(tài)＜水溶態(tài)等可交換形態(tài)。一旦在土壤中放入足量的化學(xué)固定劑，試劑將與重金屬污染物進(jìn)行自用，催化重金屬在土壤中的形態(tài)不斷變化，從而影響生物可利用性趨小轉(zhuǎn)化，能夠不斷降低重金屬對其他生物的毒害性，實(shí)現(xiàn)修復(fù)土壤之目的。

2.固定化試劑在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

不同類型的固定化試劑與重金屬的作用機(jī)理并不完全相同，因此，固定化試劑在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用要結(jié)合具體的固定劑類型來闡述。

(1)無機(jī)類固定化試劑

①黏土礦物類。國內(nèi)的黏土礦物質(zhì)具有高儲量、多品種、低成本、高分布性等特征。偶遇黏土顆粒一般小，且孔隙率高，能夠展現(xiàn)超強(qiáng)重金屬吸附性能。同時，黏土礦物的層狀結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)的不規(guī)則缺陷，也能夠發(fā)揮吸附能力，經(jīng)過必要的離子替換、吸附等作用，可直接固定重金屬，并在土壤中切斷轉(zhuǎn)移可能性，從而修復(fù)土壤。事實(shí)證明，黏土礦物為主的固定化試劑，能夠確保土壤顆粒保持緊湊密實(shí)的結(jié)構(gòu)，從而提升蓄水持肥能力。隨著土壤固化劑培養(yǎng)試驗(yàn)周期的延長，土壤的自然呼吸作用與土壤中的微生物含量出現(xiàn)顯著提升。

②堿性環(huán)境物質(zhì)環(huán)境。研究表明，重金屬在典型的堿性物質(zhì)環(huán)境中，會形成結(jié)合形態(tài)的化合物，該物質(zhì)往往不易溶解，也就無法體現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)移流動性，毒害能力也大大衰減。生活生產(chǎn)中常見的堿性物質(zhì)包括石灰、粉煤灰、燃煤爐渣以及紅泥等。這些堿性固定化試劑能表現(xiàn)出較理想的吸附、沉淀、氧化還原作用，同時還能夠直接與土壤質(zhì)子發(fā)生變化，提升土壤堿性，確保土壤中的重金屬元素的成鹽沉淀，改善生物有效性后進(jìn)一步修復(fù)土壤毒性。

具體到幾種常見堿性物質(zhì)的固定劑表現(xiàn)，還有一定的差異性特征。如石灰所體現(xiàn)的修復(fù)效果主要作用原理在于主動提高土壤堿性，改善酸堿度，使得土壤顆粒或膠體的表面能夠?qū)χ亟饘匐x子增強(qiáng)吸附力，而且催化形成包含重金屬元素的氫氧化物與碳酸鹽。而粉煤灰作為常規(guī)燃料的廢棄物，表面活性被不斷激發(fā)和釋放，同時還有豐富的Fe、Al元素氧化物，體現(xiàn)出非凡的堿性特征與吸附力，進(jìn)而完成土壤重金屬固定。對鋁土礦石而言，完成鋁材提煉的過程中會產(chǎn)生紅泥，這種物質(zhì)也是十分理想的堿性物質(zhì)，利用酸堿度的調(diào)整來顯著降低可溶性的重金屬濃度。

③磷酸鹽類化合物。磷酸鹽類物質(zhì)多見于磷酸(H3PO4)、磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、磷酸二銨((NH4)2HPO4)、單鈣磷酸鹽、二鈣磷酸鹽、磷酸三鈣Ca3(PO4)2等，這些材料會因溶解性的不同而各有差別，可具體細(xì)化為易溶型、中度可溶性、不可溶解性。磷酸鹽類化合物作為固定化試劑后，特別能夠?qū)︺U元素產(chǎn)生作用明顯的固定效果，以磷酸鹽沉淀的形式達(dá)到土壤修復(fù)的效果。

④氧化物類固定。利用金屬氧化物的思想來完成土壤修復(fù)固定化方法的探討，主要是對含有鐵、鋁、錳等金屬元素的氧化物或相關(guān)礦物質(zhì)而言。通過氧化物與土壤中各種污染中重金屬的作用，前者能夠直接對后者產(chǎn)生化學(xué)專性吸附，將不同類別的重金屬元素能夠直接圍繞氧化物結(jié)構(gòu)中特有的晶格層間完成集聚和固定，具有理想的吸附效果，完成了受污染土壤的修復(fù)。

(2)有機(jī)類固定化試劑

有機(jī)固定劑是受重金屬污染的重要土壤修復(fù)技術(shù)。主要是看重有機(jī)材料能夠釋放獨(dú)特的特異述性或非特異性的吸附位點(diǎn)，通常能夠基于COO、=PO4、–S–、–O–等各類活性基團(tuán)，增強(qiáng)與重金屬之間的化學(xué)作用，特別是以配位體的形式發(fā)生圍繞重金屬的絡(luò)合或螯合作用，從而得到性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的絡(luò)合物或大量的有機(jī)配位體，這樣就能達(dá)到降低重金屬污染土壤中的重金屬含量。與此同時，枯枝落葉中的大量碳元素有機(jī)物質(zhì)?？勺饔迷谕寥乐兄苯犹嵘柿Γg接降低重金屬轉(zhuǎn)移流動性，直接提升微生物活性，進(jìn)一步增強(qiáng)了土壤質(zhì)量。

結(jié)束語

重金屬污染土壤的修復(fù)工作并非一朝一夕之事，而可看作是一項系統(tǒng)工程，因此需要各種不同技術(shù)之間相互配合才能達(dá)到預(yù)期的修復(fù)效果。未來人們應(yīng)該基礎(chǔ)堅持探索原位化學(xué)固定等多種修復(fù)技術(shù)，以求能夠更好地提高土壤修復(fù)的綜合效率。

?【參考文獻(xiàn)】

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