環(huán)境礦物材料在土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

龔會琴

（貴州省分析測試研究院，貴州貴陽 550000）

生態(tài)環(huán)境部2021年1月發(fā)布的《2016—2019年全國生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計公報》顯示，2019年土壤污染防治建設(shè)資金投入大約86.9 億元，相比2018年增加12.85%。從我國當(dāng)前土壤修復(fù)工作的開展情況分析，土壤污染，尤其是重金屬污染、病毒污染等問題十分嚴(yán)重，因此，加強(qiáng)土壤環(huán)境修復(fù)的研究，有著重要的意義。

1 土壤污染治理材料概述

從當(dāng)前的土壤污染問題防治實踐分析，以重金屬污染為主。礦物材料作為土壤污染治理材料，不僅來源廣泛而且成本低，實際應(yīng)用中具有方便且治理效果突出等優(yōu)勢，成為土壤污染治理的優(yōu)選材料。黏土礦物作為土壤的重要組成組分，主要通過離子交換和專性吸附或者共沉淀反應(yīng)，來降低土壤中重金屬的活性，增強(qiáng)土壤的自凈能力，同時能夠鈍化修復(fù)。使用的海泡石和石灰石及磷肥等，在進(jìn)行土壤污染治理時，可起到固定鎘元素的積極作用，凹凸棒石對鎘有著不錯的吸附性能，吸附量可以達(dá)到40 mg·g-1，比普通黏土礦物要高；對于重污染土壤，也使用硅藻土與羥基磷灰石等進(jìn)行修復(fù)；此外，天然礦物通過改性或者制備為復(fù)合材料后，能夠起到提高固持重金屬性能的作用，被廣泛的應(yīng)用，為土壤污染治理提供支持；使用改性納米沸石，可有效減少土壤有效鎘的含量；使用改性海泡石，可以吸附固定土壤中的As3+與As5+；在治理實踐中還使用磁性礦物材料及磁分離技術(shù)手段，為相關(guān)工作的開展提供支持。

2 環(huán)境礦物材料在重度污染土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用

2.1 天然多孔礦物及其改性材料

重金屬污染土壤治理實踐使用的環(huán)境礦物物料中，天然多孔礦物與改性材料為重要材料，其中沸石和膨潤土及凹凸棒石等，被廣泛的研究與應(yīng)用。1）凹凸棒石黏土具有較強(qiáng)的吸附性能，能夠為土壤污染修復(fù)工作的開展與落實，提供強(qiáng)有力的支持與保障。相關(guān)研究者開展盆栽試驗，檢驗土壤中使用凹凸棒石，可以提高土壤的pH 值，可有效改善土壤酸性，且降低植株對重金屬離子的吸收，如Cu 和Zn 等。將凹凸棒石應(yīng)用到土壤污染治理實踐中，既能夠為日益惡劣的土壤污染提供低成本的天然礦物材料，還可以促進(jìn)礦物材料的開發(fā)和應(yīng)用。2）使用的沸石與改性材料，在土壤污染治理實踐中能夠轉(zhuǎn)化土壤中重金屬的存在狀態(tài)，通過鈍化土壤中重金屬污染物溶解及遷移，有效降低其在土壤環(huán)境中的生物有效性，促使重金屬的化學(xué)穩(wěn)定性得到增加，并抑制植物對重金屬污染物的吸收，保持土壤生態(tài)環(huán)境平衡。如果將沸石礦物材料或者沸石，同其他材料協(xié)同作用，能夠有效改變土壤中重金屬元素的賦存狀態(tài)，如Pb 和Zn 等，有效減少重金屬污染物的遷移能力，可減弱重金屬對植物生長的毒害作用。3）使用膨潤土及其改性礦物材料，發(fā)揮物理吸附與離子交換作用，能夠?qū)ν寥乐械闹亟饘僭仄鸬椒e極的固化作用，如Pb，有效減輕重金屬污染物的危害。4）使用海泡石與高嶺土等礦物材料，通過吸附與鈍化等，實現(xiàn)對金屬污染物的有效處理，可限制釩污染物的遷移。5）借助天然多孔礦物，對含有的重金屬的環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，能夠展現(xiàn)天然礦物自凈化的特點，不僅成本低，而且效果突出。

2.2 人工合成環(huán)境礦物材料

土壤環(huán)境修復(fù)實踐中，人工合成環(huán)境礦物材料的使用，有著很好的表現(xiàn)，例如，人工合成沸石能夠和重金屬形成氧化物沉淀，同時可以進(jìn)入到礦物結(jié)構(gòu)內(nèi)，發(fā)揮其作用，降低污染土壤中含有的重金屬的移動性及生物有效性。相關(guān)人員的研究結(jié)果也表明，在Pb 和Zn 及Cd污染土壤中使用由魚骨人工合成的磷灰石，能夠起到有效的固定作用。研究使用的是西班牙西南部發(fā)電廠的粉煤灰合成沸石材料，按照10000～25000 kg/hm2的使用量，同深度為25 cm的表層土進(jìn)行混合，經(jīng)過1～2年之后，沸石能夠使得土壤的pH 從原來的3.3 增高到7.6，使得污染土壤中的Cd 及Co 等移動性顯著降低。究其原因，沸石的使用，可促使土壤pH 值提高。此外，納米礦物學(xué)特征和普通宏觀晶體的礦物學(xué)特征存在很大差異。在礦物納米效應(yīng)的影響下，對促進(jìn)污染物凈化，發(fā)揮著積極的作用。相關(guān)研究顯示，磷酸鹽復(fù)合材料的使用，可起到有效原位固定污染土壤及沉積物中重金屬元素的作用，例如Pb 和Cd 等，固定機(jī)理為磷酸鹽和重金屬形成磷酸鹽沉淀［1］。

2.3 改性環(huán)境礦物材料

污染土壤的治理中，使用天然環(huán)境礦物材料還存在著一些不足，在部分材料使用之前需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過加工和改性使其性能得到有效的提高，進(jìn)而滿足處理的需求。相關(guān)工作人員經(jīng)過研究得知，經(jīng)質(zhì)量比為0.17%及0.5%改性貝得石處理后的土壤，可有效控制黑麥草對Cd 的吸收。

3 環(huán)境礦物材料在修復(fù)有機(jī)物與病毒污染土中的具體應(yīng)用

3.1 修復(fù)有機(jī)物

從當(dāng)前土壤污染問題的情況來說，污染源比較廣泛，而且種類比較多，使得土壤的質(zhì)量被嚴(yán)重地降低，同時整個土壤生態(tài)系統(tǒng)也被破壞；從來源角度分析，主要包括地下水污染及地表水污染等［2］。在進(jìn)行處理時使用環(huán)境礦物材料，發(fā)揮其吸附固定及氧化催化等系列作用，可以達(dá)到有效治理的積極作用。使用天然與改性硅酸鹽礦物材料，通過對土壤中含有的有機(jī)污染物，經(jīng)過吸附及解吸附等方式來控制其遷移行為，進(jìn)而為整個污染處理提供支持與幫助，從當(dāng)前的研究來說，關(guān)于此材料的應(yīng)用特征和機(jī)理的研究比較多。例如，相關(guān)研究者通過研究天然沸石對苯酚和苯胺的吸附作用，獲得了相應(yīng)的結(jié)果。經(jīng)過研究之后發(fā)現(xiàn)，天然沸石在對苯酚的吸附方面，相對于苯胺要更加的優(yōu)越。使用的天然硅酸鹽礦物擁有親水性無機(jī)陽離子，可以使得礦物的表面出現(xiàn)水膜，進(jìn)而阻止分類和苯類的祛除［3］；采取改性的方式，使得陽離子可以進(jìn)入到礦物結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)而置換出其中的水分子，最終形成有機(jī)硅酸鹽礦物。使用的鹽酸礦物質(zhì)除了可以發(fā)揮吸附固定的有效作用之外，還可以起到催化與氧化的積極作用，因為粘土礦物擁有層狀結(jié)構(gòu)及離子交換的特點，在表面或者內(nèi)部存在氧化中心，使得自由基得以產(chǎn)生，進(jìn)而氧化有機(jī)污染物。相關(guān)人員研究了蒙脫石和高嶺石催化降解抗生素與紅霉素的性能。從其研究的結(jié)果來看，蒙脫石的催化活性相對于高嶺石要強(qiáng)很多［4］。

3.2 修復(fù)病毒土

在污染土壤治理中，病毒土的治理存在著很大的難度，病毒可以隨著水分進(jìn)入到土壤的深層內(nèi)，且能夠進(jìn)入到地下水，因此，此類污染問題比較嚴(yán)峻，尤其是農(nóng)村地區(qū)。如果病毒土沒有得到有效的治理，將會威脅到農(nóng)村居民的飲用水安全。對于病毒在土壤中的環(huán)境行為研究，是在近幾年內(nèi)才被高度重視，通過研究發(fā)現(xiàn)，比表面帶正電荷的礦物可以對病毒起到吸附的作用，使用的黏土礦物能夠?qū)崿F(xiàn)對各類病毒的有效吸附和固定。例如，高嶺土可以吸附噬菌體T2。在推進(jìn)污染土治理工作環(huán)節(jié)中，需要結(jié)合污染情況來選擇相應(yīng)的礦物材料，充分發(fā)揮環(huán)境礦物材料的性能與作用，通過改性和復(fù)配等方式來滿足土壤處理工作的需求。加大對更多高性能材料的研發(fā)力度，滿足整個污染土治理工作的需求，促使整體水平得到有效提高［5］。

4 結(jié)語

土壤改良與土壤環(huán)境修復(fù)工作高質(zhì)量落實，對保障修復(fù)目標(biāo)的實現(xiàn)，可起到積極的作用。因此，結(jié)合天然礦物材料的應(yīng)用研究，進(jìn)行具體的分析，在推進(jìn)污染治理與修復(fù)工作時，要做好土壤的調(diào)查與分析，并結(jié)合實際情況，提出有效的礦物材料，為相關(guān)工作的開展與落實，提供強(qiáng)有力的支持與保障，高質(zhì)量解決土壤污染問題，為居民提供優(yōu)質(zhì)的生存環(huán)境。