不同類(lèi)型礦物材料修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展

張寶強(qiáng) 孫嬰嬰

0 引言

重金屬大概有 45 種，其中較為典型且毒性較強(qiáng)的有 5 種，分別為 Cd、Pb、Cr、Hg、As。重金屬主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)污染、工礦業(yè)污染、生活污染、自然源[1]。土壤農(nóng)業(yè)重金屬主要由于化肥和塑料膜的使用、污水的灌溉等產(chǎn)生。工業(yè)排出的廢水占污水總量的60%～80%，其基本都含有不同含量的重金屬。生活污泥中重金屬的含量較高，長(zhǎng)期的使用會(huì)導(dǎo)致區(qū)域性的土壤重金屬含量過(guò)高[2]。采礦、冶煉、等工礦企業(yè)將未經(jīng)處理的廢氣、廢水等排放到環(huán)境中會(huì)對(duì)區(qū)域土壤產(chǎn)生重金屬污染，使得重金屬的含量遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境的背景含量[1]。自然源主要是由成土母質(zhì)中化學(xué)元素的最初含量所決定，不同種類(lèi)的母巖所形成的土壤中重金屬的含量和形態(tài)也存在著不同[3]。

1 土壤重金屬污染的危害

土壤重金屬的污染有著持久性、不可逆性、隱蔽性、潛伏性等特點(diǎn)。當(dāng)重金屬進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后會(huì)在土壤、水體以及有機(jī)體中富集，土壤遭受重金屬污染后會(huì)對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量產(chǎn)生影響，最終通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體嚴(yán)重危害人類(lèi)的身體健康。農(nóng)用地中重金屬含量過(guò)高會(huì)影響土壤微生物的活性，進(jìn)而影響植物的光合作用及正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn)和質(zhì)量下降并提高了重金屬在食物鏈中的污染風(fēng)險(xiǎn)[4]。有研究表明，農(nóng)作物體內(nèi)重金屬含量過(guò)高時(shí)會(huì)影響其對(duì)鐵、鎂、鈣等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[5]。同時(shí)，土壤重金屬含量過(guò)高也會(huì)影響土壤中的脊椎類(lèi)動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)目，導(dǎo)致土壤生物群落性降低，進(jìn)而影響土壤的透氣性等[6]。

2 礦物材料對(duì)重金屬修復(fù)的進(jìn)展

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者就重金屬污染土壤修復(fù)問(wèn)題，使用的礦物材料類(lèi)鈍化劑主要有：天然礦物鈍化劑，如：蒙脫石、沸石、凹凸棒石、褐煤等[7-8]；固體廢棄物，如：粉煤灰、煤矸石、城市污泥、磷礦粉等[9-10]；該類(lèi)礦物材料作為重金屬鈍化劑施入土壤后，不僅改善了土壤的理化性質(zhì)，補(bǔ)充了養(yǎng)分，還通過(guò)礦物材料的吸附、沉淀、離子交換等途徑使得重金屬由原來(lái)的游離態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等穩(wěn)定形態(tài)，使得重金屬的移動(dòng)性和生物可給性得到降低。

2.1 天然礦物材料對(duì)重金屬的修復(fù)

施用含鈣鎂等化合物的天然礦物材料可以提高土壤的pH 值，增強(qiáng)土壤粘粒、鐵錳氧化物、有機(jī)質(zhì)等所帶有的負(fù)電荷，提高了土壤與重金屬離子之間的親和力，加強(qiáng)了土壤對(duì)重金屬的吸附能力，使得土壤中的重金屬與 CO3-或 OH-離子產(chǎn)生沉淀[11-12]。將礦物材料作為鈍化劑不僅增加了土壤中Ca2+和Mg2+的含量，同時(shí)還使得Ca2+和Mg2+與土壤中的重金屬產(chǎn)生拮抗作用，從而減少了植物體對(duì)重金屬的吸收。有機(jī)類(lèi)礦物褐煤、泥炭、風(fēng)化煤等所含有的羥基、氨基、羧基等配體，能夠與重金屬形成絡(luò)合物，使得重金屬的生物有效性得到降低。粘土礦物作為土壤膠體的重要組成部分，其比表面積和離子交換量相對(duì)較大，且穩(wěn)定性高，對(duì)重金屬具有極強(qiáng)的吸附性[13]。

2.2 固體廢棄物對(duì)重金屬的修復(fù)

燒鍋爐時(shí)產(chǎn)生的固體廢物粉煤灰含有大量的硅、鋁、鐵等氧化物，，根據(jù)粉煤灰表面孔隙多、比表面積大等的性質(zhì)，進(jìn)行物理化學(xué)吸附、離子交換、產(chǎn)生沉淀等可修復(fù)水中的重金屬。煤矸石是與煤伴生的一種固體廢棄物，主要礦物含量為粘土巖、碳酸鹽巖類(lèi)等，煤矸石的無(wú)機(jī)礦物成分是鐵、鎂、鋁等的氧化物；煤矸石含有的粘土礦物、碳酸鹽、鐵鎂氧化物等，與重金屬離子進(jìn)行離子交換、化學(xué)沉淀等，從而達(dá)到對(duì)重金屬的吸附效果。磷灰石與鉛反應(yīng)后能夠形成穩(wěn)定的氟磷鉛礦，是其修復(fù)鉛污染物的主要機(jī)理，因此多應(yīng)用于重金屬鉛污染土壤的修復(fù)；粉煤灰等固體廢棄物形成的活性硅溶膠體易于土壤重金屬發(fā)生吸持或共沉淀作用，從而降低重金屬的活性，減少其對(duì)生物的可給性。

3 展望

礦物材料和固體廢棄物在修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用中，具有材料成本低、操作簡(jiǎn)便、原位修復(fù)、環(huán)境友好不會(huì)產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，在利用礦物材料和固體廢棄物修復(fù)重金屬污染土壤中具有一定的發(fā)展?jié)摿土己玫膽?yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于礦物材料和固體廢棄物修復(fù)重金屬的研究多處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段和田間試驗(yàn)階段，缺乏修復(fù)效果的長(zhǎng)期性和實(shí)際應(yīng)用方面的研究。因此，在未來(lái)的研究中應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行修復(fù)效果的長(zhǎng)期性研究，將最終的研究結(jié)果盡早的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中去，對(duì)修復(fù)效果及環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的追蹤，獲取長(zhǎng)期有效和可行的修復(fù)材料，為未來(lái)重金屬污染土壤的修復(fù)提供可靠依據(jù)。