天然草海河湖污泥對鉻污染土壤影響的研究

張 瑜，季宏兵，張 言，李 旭，于 桐

(北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

1 引言

Cr作為“五毒重金屬”之一，其污染具有來源廣泛、易于積累、作用隱蔽等特點，造成對土壤污染也呈現(xiàn)出作用周期長、毒性大且不易降解的特征，是國內(nèi)外普遍關(guān)注的問題[1]。

河湖污泥是一種含腐殖質(zhì)的天然吸附劑，主要由黏土礦物、腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、活性金屬氧化物組成，表面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶有多種活性官能團(tuán)，能夠與金屬離子發(fā)生沉淀、表面絡(luò)合、離子交換等過程，可用于去除水體和土壤中的重金屬[2]。土壤中可交換態(tài)的重金屬移動性和生物有效性強(qiáng)，是衡量土壤污染程度的重要指標(biāo)，從降低重金屬可交換態(tài)的含量以及增加殘渣態(tài)的含量，可在一定程度上減小重金屬的有效性，減小對土壤系統(tǒng)的傷害[3]。探討具有前景的天然污泥吸附劑對于重金屬的去除以及污泥的資源化利用具有重要意義。

2 實驗材料與方法

2.1 供試材料

供試材料：供試土壤取自北京科技大學(xué)試驗站，供試材料取自于貴州草海風(fēng)景區(qū)，并命名為WN3。采集0～10 cm表層土，自然風(fēng)干，剔除植物根系、石塊等雜物，過5 mm篩。土壤有機(jī)質(zhì)為9.95 mg/kg、pH值為7.15、含水率2.76%、總Cr為68 mg/kg。WN3pH值為7.54、BET比表面積為27.72 m2/g、平均孔徑11.67 nm。

供試重金屬元素為Cr，試劑為K2Cr2O7(分析純)。

2.2 Cr污染土壤的培養(yǎng)

將預(yù)處理后的土壤樣品裝入塑料盆，每盆裝200 g，設(shè)置4個Cr濃度處理:0(Cr0)、100(Cr1)、200(Cr2)、300(Cr3)mg/kg，攪拌混勻，室溫培養(yǎng)1個月，保持土壤含水率。

1個月后得到人為Cr污染土壤，每個Cr(VI)濃度下各設(shè)置WN35個投加量的處理，0%、0.5%、1%、2%、5%，每個處理重復(fù)3次，并攪拌混勻。在加入WN3后0、15、30、45、60 d取Cr污染土壤樣品，烘干、研磨、過篩，編號裝入自封袋，一部分測定土壤的pH值；另一部分用BCR連續(xù)浸提法分析Cr(VI)各個賦存形態(tài)含量的變化。

2.3 土壤重金屬形態(tài)分析

BCR 連續(xù)提取法把土壤重金屬形態(tài)分為酸提取態(tài)(Wa)、可還原態(tài)(Wred)、可氧化態(tài)(Wo)、殘渣態(tài)(Wres)，各形態(tài)穩(wěn)定性依次升高[6]。本實驗按照 BCR法連續(xù)提取穩(wěn)定后受污染土壤中Cr的各種賦存形態(tài)。

3 結(jié)果與分析

3.1 施加WN3對Cr污染土壤pH值的影響

在培養(yǎng)過程中施加不同量WN3對Cr污染土壤中pH的影響結(jié)果顯示：無施加WN3土壤pH值隨著初始Cr升高而逐漸增大，且濃度為Cr3對照組與其它濃度對照組有明顯不同。而在相同Cr濃度下，隨著WN3施加量的升高土壤 pH 值也逐漸升高。在 Cr0、Cr1、Cr2和5%WN3處理時，與對照相比達(dá)到顯著性水平；各WN3投加量在Cr3處理下無顯著性差異，當(dāng)為5%WN3時土壤pH值達(dá)到最大，從對照的7.15提高了0.54。因此，當(dāng)Ccr較低時，施加WN3對pH值影響較明顯，但當(dāng)Ccr處于較高水平時，WN3對pH作用較小。

3.2 施加污泥材料對污染土壤中Cr賦存形態(tài)分布的影響

利用BCR連續(xù)提取法分析不同處理條件下土壤中Cr各個賦存形態(tài)含量的變化。結(jié)果表明，空白對照組土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，分別占31.4%、42.9%，其次是Wo，占土壤總鉻的17.2%。在不施加WN3處理下隨著Ccr的增加，各形態(tài)Cr所占百分比都逐漸增大。

圖1、2、3分別表示Cr1、Cr2、Cr3處理下不同WN3添加量對Cr各種賦存形態(tài)的影響。圖1表明在不同WN3投加量都會影響土壤中Cr的Wa含量，但Wo和Wred含量的波動并不顯著。Cr1處理時，除2% WN3處理外，其它處理Wa的Cr與對照相比均顯著降低，Wred也有所降低，Wo有增加有減少，而Wres均隨著添加量的增加而增加。

圖2可以看出，Cr2處理時，Cr主要是Wres和Wa，含量均在32%以上，其次為Wo，而遷移能力較強(qiáng)的Wred的含量則較低。添加WN3使Cr的Wa和Wred百分比降低，Wres和Wo百分比增加。各不同添加量的處理下，當(dāng)為2%WN3時Cr的Wa與對照組顯示明顯差異。這可能是由于添加WN3會使Cr形成沉淀，而減輕了Cr的生物有效性。

由圖3可知，Cr3處理下，隨著培養(yǎng)時間的進(jìn)行，不同的WN3添加量對土壤Wred的Cr影響較小，卻減小了Wa的百分比，提高Wres和Wo Cr的百分比，從而減小Cr的活性，降低Cr對環(huán)境系統(tǒng)的有害性。結(jié)合圖1、2、3可以看出，WN3對土壤Cr的Wa、Wred影響程度隨著Cr處理濃度的增大而增大，在5%WN3、Ccr3處理下Cr的Wa形態(tài)與對照組的差異最為明顯。

圖1 Cr1處理下不同WN3添加量對Cr各種賦存形態(tài)的影響

圖2 Cr2處理下不同WN3添加量對Cr各種賦存形態(tài)的影響

圖3 Cr3處理下不同WN3添加量對Cr各種賦存形態(tài)的影響

4 結(jié)論

添加不同量的天然河湖污泥材料對受不同程度重金屬Cr污染土壤的pH值有明顯的影響。在不添加WN3時，Cr含量與土壤pH值有一定的正相關(guān)。當(dāng)施加WN3后，對低濃度Cr處理的土壤 pH值有顯著影響，但在高濃度Cr處理下，WN3對土壤pH影響較小。

不添加WN3和外源Cr時，土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，其次是 Wo、Wred；在不添加WN3時，隨著Cr濃度的增加，土壤中Cr的各形態(tài)含量均有所提高；施入不同量的WN3均不同程度降低了土壤中Cr的Wres和Wa含量，影響程度大小隨著Cr處理濃度的增大而增大，且與對照組有顯著性差異，但Wo和Wred的變化并不顯著。