礦物質(zhì)鈍化劑對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效益研究進(jìn)展

葉勝蘭 魏雨露

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也在日益加快，同時(shí)也導(dǎo)致大量的污泥、廢棄物質(zhì)等進(jìn)入到農(nóng)田系統(tǒng)，土壤重金屬污染的狀態(tài)日趨嚴(yán)重。為了保障糧食安全、人民生活健康，大量專家學(xué)者開(kāi)始尋找重金屬污染土壤的修復(fù)方法。目前，礦物質(zhì)鈍化劑用于重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)是一種新型且健康的恢復(fù)方式，并得到了廣泛的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：

鈍化劑;重金屬污染;修復(fù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315007

前言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速發(fā)展和城市大量排放出的污泥、廢棄物進(jìn)入到周邊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致土壤重金屬污染的情況變得日趨嚴(yán)峻;并且我國(guó)人口水量眾多，形成了糧食的需求量與優(yōu)質(zhì)農(nóng)耕地資源之間的激烈矛盾，因此，如何有效解決我國(guó)重金屬污染土壤的問(wèn)題已經(jīng)刻不容緩。許多學(xué)者專家進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)土地修復(fù)的人工及費(fèi)用過(guò)高，而植物修復(fù)的周期過(guò)長(zhǎng)。對(duì)于目前重金屬污染的土壤而言，需要切實(shí)有效且能保障作物安全生產(chǎn)的修復(fù)措施，而大量研究發(fā)現(xiàn)化學(xué)修復(fù)效果顯著[1]。其中的化學(xué)鈍化劑修復(fù)原理為：通過(guò)添加鈍化劑至土壤中，讓活化態(tài)重金屬轉(zhuǎn)為穩(wěn)定態(tài)形式，避免了重金屬的遷移及生物再利用性，從而實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的修復(fù)[2]。目前化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)存在許多優(yōu)點(diǎn)，主要包括修復(fù)速率快、操作方便簡(jiǎn)單，這有利于中輕度重金屬污染農(nóng)田的大面積推廣使用[3，4]。目前主要使用的鈍化劑材料包括多種礦物質(zhì)類、生物炭、有機(jī)物等，并且不同鈍化劑針對(duì)不同污染物、不同土壤類型以及污染程度均有一定的差異[4]。在農(nóng)田使用過(guò)程中，將鈍化劑添加到土壤中，可改善土壤的某些理化性質(zhì)，補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)還可通過(guò)元素間的吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換和氧化還原等途徑把活躍的可交換態(tài)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等比較穩(wěn)定的化學(xué)形態(tài)，以降低重金屬移動(dòng)性及生物可給性[5]。

綜合分析，重金屬污染土壤修復(fù)將是長(zhǎng)期、艱巨的任務(wù)，在考慮材料成本的同時(shí)要關(guān)注其對(duì)環(huán)境的友好性。目前，價(jià)格相對(duì)低廉且與環(huán)境協(xié)調(diào)性最好的材料是礦物質(zhì)，尤其是非金屬礦物在近年經(jīng)常被用在土壤重金屬的鈍化劑上并取得良好效果[6]。礦物質(zhì)本身具有一定的特殊性，用作鈍化劑可明顯加強(qiáng)土壤與重金屬離子之間的親和力，提高土壤對(duì)重金屬的吸附和固定能力，減少重金屬產(chǎn)生二次釋放。礦物質(zhì)中的白云石針對(duì)酸性土壤的重金屬污染修復(fù)效果較好，并對(duì)有效態(tài)Zn、Cd和Pb有顯著降低作用[7]。對(duì)于菜地土壤可選用海泡石將可交換態(tài)Cd含量降低約23.1%～41.2%，菜地種植的油麥菜、油菜和蘿卜可食用部位的含Cd量降低幅度最大可分別達(dá)到51.8%、47.0%和 24.9%[8]。但僅施用一種礦物質(zhì)鈍化劑極易導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)加速分解，土壤中腐殖質(zhì)不易累積，長(zhǎng)時(shí)間添加還會(huì)造成土壤板結(jié)及微量營(yíng)養(yǎng)元素缺乏等癥狀[5]。面對(duì)這些難題，需要研究者針對(duì)化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷，做出相關(guān)的研究。其中，有機(jī)肥與鈍化劑聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，可在提高土壤肥力，促進(jìn)作物正常生長(zhǎng)的同時(shí)提高修復(fù)效率，增加土壤重金屬鈍化修復(fù)的穩(wěn)定性，能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[9]。還有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)海泡石鈍化劑和有機(jī)肥聯(lián)合修復(fù)后顯著降低小白菜根部和葉片中Cd的積累[10]。

1?礦物質(zhì)鈍化劑的類型

重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)中常用的礦物質(zhì)鈍化劑的類型主要指以下3類：有機(jī)型、無(wú)機(jī)型及兩者復(fù)合型。目前國(guó)內(nèi)外的大多研究者主要致力于研究更為具體的礦物質(zhì)鈍化劑。第1大類，天然存在的礦物鈍化劑，其中最主要的是指白云石、沸石、海泡石、石膏、石灰石、蒙脫石等無(wú)機(jī)型的鈍化劑;第2大類主要是一些在工業(yè)上的固體廢棄物質(zhì)，主要包含磷石膏、粉煤灰、鋼渣、城市污泥、脫硫石膏等。對(duì)于已經(jīng)污染的土壤中添加一定量的鈍化劑，可以為土壤提供一定的營(yíng)養(yǎng)成分，有利于改善土壤的理化性質(zhì)，并且這些鈍化劑本身存在一些特殊性，如物理吸附作用、化學(xué)絡(luò)合作用、不同種類離子的交換及氧化還原等化學(xué)反應(yīng)，可將土壤中活躍的重金屬離子轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的有機(jī)結(jié)合態(tài)或殘?jiān)鼞B(tài)形態(tài)，最終降低土壤中重金屬向地下水滲透或向植物轉(zhuǎn)移。

2?礦物質(zhì)鈍化劑的重金屬修復(fù)機(jī)理

鈍化劑重金屬修復(fù)技術(shù)的基本原理：在一定條件下，鈍化劑可通過(guò)自身特殊性產(chǎn)生一定物理或化學(xué)的反應(yīng)在金屬表面形成一層致密氧化膜（鈍化膜），這種膜能夠有效增強(qiáng)金屬的防腐能力。不同種類的金屬所使用的鈍化劑存在明顯的差異，如濃硝酸能夠促使鐵和鋁發(fā)生鈍化現(xiàn)象，但對(duì)于其它種類的金屬，濃硝酸可能就不會(huì)有這一作用。目前，土壤污染中較為嚴(yán)重且大面積的污染種類為重金屬污染，這是我國(guó)目前土壤污染所面臨的一個(gè)較為嚴(yán)峻的問(wèn)題。當(dāng)前形成土壤重金屬污染特別是農(nóng)耕地的污染的主要原因是農(nóng)藥的噴施、大氣中漂浮的重金屬元素的沉降和雨水、污染水體的肆意排放等。面對(duì)重金屬對(duì)土壤造成嚴(yán)峻的污染問(wèn)題且將進(jìn)一步影響人類的身體健康這一重大問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多研究者提出了不同的整治手段及治理工藝，主要包括工程手段、物理化學(xué)手段和生物手段。

3?礦物質(zhì)鈍化劑的重金屬修復(fù)技術(shù)

天然礦物質(zhì)鈍化劑的種類繁多，而在這些礦物質(zhì)中，大多數(shù)蘊(yùn)含著豐富的氧化鈣、碳酸鈣及鈣鎂化合物等物質(zhì)，這類化合物可通過(guò)提高土壤的酸堿度，增加土壤質(zhì)地中粘粒含量、土壤中有機(jī)質(zhì)含量及土壤顆粒表面的負(fù)電荷，這對(duì)土壤與重金屬離子間產(chǎn)生強(qiáng)烈的親和力有利，強(qiáng)化了土壤對(duì)重金屬的吸持能力，減少了土壤中重金屬元素的二次釋放，同時(shí)氫氧根離子能同部分重金屬生產(chǎn)沉淀[11]。礦物質(zhì)中的Ca2+、Mg2+等會(huì)同土壤中的重金屬離子產(chǎn)生拮抗作用，降低植物對(duì)重金屬的吸收利用量[12]。另外，土壤膠體中的重要組成物質(zhì)粘土礦物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)具有特殊意義，其能使礦物質(zhì)更穩(wěn)定，增大比較面積和離子的交換量，同時(shí)具有較強(qiáng)的吸附能力。因此，該類礦物質(zhì)主要通過(guò)離子交換、吸附作用、置換等方法固定土壤中的重金屬，降低其活性，減少在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化。

工業(yè)固體廢棄物質(zhì)的再利用可有效減少垃圾堆放、排放。粉煤灰作為燒煤過(guò)程中的主要廢棄物，含有大量的Si、Al、Fe、Ca等的氧化物，表面還具有吸附點(diǎn)位，因此可通過(guò)化學(xué)吸附、離子交換以及沉淀等方法去除重金屬離子。

4?礦物質(zhì)鈍化劑的重金屬修復(fù)意義

目前，有關(guān)礦物質(zhì)鈍化修復(fù)土壤重金屬污染的研究較多，且多側(cè)重于用1種或多種礦物質(zhì)降低土壤中重金屬的遷移性和生物有效性。但在實(shí)際應(yīng)用中，施用有機(jī)肥對(duì)重金屬鈍化修復(fù)效應(yīng)的影響研究較少，而在鈍化修復(fù)中使用良好的農(nóng)藝措施既可以促進(jìn)修復(fù)效率的提高，又能增加土壤重金屬純化修復(fù)的穩(wěn)定性。因此，研究有機(jī)肥對(duì)鈍化修復(fù)效應(yīng)和穩(wěn)定性的影響，盡可能減少有機(jī)肥施用對(duì)鈍化修復(fù)效率的不利影響，最大限度地發(fā)揮有機(jī)肥對(duì)鈍化修復(fù)作用的協(xié)同強(qiáng)化作用，提高鈍化修復(fù)效應(yīng)及穩(wěn)定性，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)研究與應(yīng)用有著極為重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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（責(zé)任編輯?常陽(yáng)陽(yáng)）