土壤重金屬污染鈍化修復技術的研究

陳云云

（化工部長沙設計研究院 湖南長沙 410000）

土壤重金屬污染鈍化修復技術的研究

陳云云

（化工部長沙設計研究院 湖南長沙 410000）

鈍化劑的使用成本低廉、效果快速、操作簡單，因此已經逐漸被應用于土壤重金屬污染修復中。對此，本文首先介紹了土壤重金屬污染治理現狀，然后對鈍化劑對土壤重金屬的主要形態的影響進行了分析，并具體探究了土壤重金屬污染鈍化修復技術的應用。

土壤；重金屬；鈍化

1 引言

現如今，工業化進程不斷加快，大量重金屬離子對土壤環境造成了嚴重污染，不僅會導致土壤生產力下降，而且還會通過生物富集作用危害人類健康，因此，修復和再生重金屬污染土壤至關重要。

2 土壤重金屬污染治理現狀

現如今，對于重金屬污染土壤的治理主要有兩種方法：①將污染物清除，即將污染物從一個地方轉移至另一地方；②將污染物鈍化，即從可溶態或可交換態轉變為難溶態，有效減少污染物在土壤中的遷移性和生物可利用性。現有的土壤修復技術包括換土法、化學修復、生物鈍化、電修復和熱修復等方法。其中生物鈍化技術指的是將土壤中的細菌及真菌通過生物吸附固定、溶解、氧化還原等降低重金屬的可交換態，具有不存在二次污染，對土壤破壞小等優點。因此對重金屬污染土壤進行鈍化修復，有利于降低土壤環境中的重金屬的含量，從而減少其在農作物中的累積，對于改善土壤環境具有十分重要的實用價值。

3 鈍化劑對土壤重金屬的主要形態的影響

3.1 鈍化劑對土壤重金屬可交換態的影響

生物有效性和重金屬形態有相關性，會隨形態的不同而產生變化，最容易被生物利用的重金屬形態就是可交換態。研究人員發現，采用石灰處理污染土壤后，發現土壤中可交換態的Zn和Cd含量會顯著降低。

有機質對重金屬污染的土壤的治理方式主要是通過形成不溶性金屬-有機復合物、增加土壤陽離了交換量（CEC）、降低土壤中重金屬的水溶態及可交換態，進而降低土壤中重金屬的生物有效性。因此，常用鈍化劑如石灰類屬于無機—有機混合穩定劑對土壤可交換態的影響已經相對穩定，并且取得了比較明顯的應用效果。

3.2 鈍化劑對土壤重金屬碳酸鹽結合態的影響

重金屬的碳酸鹽結合態對農田土壤環境中的pH最為敏感，當pH下降時易重新釋放出來而進入土壤環境中，相反，pH升高有利于碳酸鹽的生成。施用石灰或碳酸鈣主要目的是提高土壤pH，使土壤中重金屬元素Cd和Hg以及微量元素Cu和Zn等形成氫氧化物或碳酸鹽類沉淀。當土壤pH＞6.5時，Hg就能形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀。根據研究表明，隨著pH的升高，土壤重金屬可被生物利用性下降，主要原因是土壤pH的上升會提高土壤有機/無機膠體和粘粒對重金屬離了的吸持能力。

3.3 鈍化劑對土壤重金屬鐵—錳氧化物結合態的影響

鐵錳氧化物結合態重金屬一般是以礦物的外囊物和細粉散顆粒存在，活性的鐵錳氧化物比表面積大，吸附或共沉淀陰離了而成。鐵錳氧化態重金屬含量隨pH的升高緩慢增加，當pH＞6以上，則含量隨pH升高迅速增加。當pH小于零點電荷時，膠體表面帶正電，產生的專性吸附作用隨產生正電荷的增加而削弱，從而對重金屬的吸附能力增加緩慢。當pH升到氧化物的零點電荷以上，膠體表面帶負電荷，對重金屬的吸附能力必然急劇增加，鐵錳氧化物結合態主要體現了人類活動對自然環境的污染。

3.4 鈍化劑對土壤重金屬有機結合態的影響

一般認為，重金屬有機結合態主要和土壤中的有機質含量有關。當土壤中有機質含量增加后，會促使土壤中重金屬由碳酸鹽結合態轉化成為有機結合態。土壤有機質可與重金屬進行絡合-鰲合反應，一般當重金屬離子濃度較低時，以絡合、鰲合作用為主。鈍化劑對有機結合態重金屬的鈍化形式主要采用營造土壤氧化環境的方式，促使有機結合態重金屬分解釋放，從而得到很好的鈍化效果。

3.5 鈍化劑對土壤重金屬殘渣態的影響

殘渣態重金屬一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物土壤晶格中，是自然地質風化過程的結果。在農田土壤中以殘渣態存在的重金屬一般不容易被種植的作物吸收，但是殘渣態的重金屬在農田土壤中也不易分解，只有通過施用鈍化劑促使其與重金屬殘渣態發生反應，進而產生預期效果。

4 土壤重金屬污染鈍化修復技術應用研究

4.1 石灰在土壤重金屬鈍化技術中的應用

石灰是用碳酸鈣含量較高的原料經900～1000℃鍛燒而成的堿性無機物.通過提高土壤pH值來降低重金屬在土壤中的危害性，是一種主要的土壤重金屬鈍化修復措施，尤其是在偏酸性的土壤中，而石灰類鈍化劑（包括生石灰、熟石灰、石膏等）是這類鈍化修復措施中應用最為廣泛的無機鈍化劑。石灰進入土壤后，主要通過多種吸附過程和沉淀形成難溶性鹽這兩類方式降低土壤重金屬的生物有效性。不少學者的研究表明，石灰的施入可以較快降低土壤中多種重金屬遷移性和環境毒性，尤其是對Cd的鈍化，主要原因在于難溶性碳酸鎘的生成以及添加石灰促進Cd2+水解，而土壤對水解產物Cd（OH）+的吸附效果更好。研究表明，土壤施入石灰后，pH上升了20%左右，Cu、Zn的有效態與對照組相比分別降低了92.3%和87.6%。石灰的施入也可以有效降低植物中重金屬的含量，根據試驗研究，試驗種植油麥菜Pb的含量比對照組下降了20%左右。但長期施用石灰可能破壞土壤團粒結構，影響土著微生物的豐度和群落結構，造成土壤板結和養分流失，因此，在使用石灰作為土壤重金屬鈍化劑時，應該注意用量和施用周期，與有機質、微生物肥料復合使用或適當選取兩種作物套種可以削弱因石灰的施入而引起的負面作用。

4.2 粉煤灰在土壤重金屬鈍化技術中的應用

粉煤灰是從化石燃料燃燒后的煙氣中收集起來的細灰，呈堿性，富含鐵硅鋁酸鹽，顆粒呈多孔型蜂窩狀結構，比表面積較大，具有較高的吸附活性和吸水性。粉煤灰的比表面積一般可以達到3400cm2/g，這一特點使其對土壤中的無機污染物有較好的吸附作用，通常作為酸性土壤的重金屬鈍化劑使用。但根據研究表明，中性土壤中粉煤灰的施用也可以有效鈍化土壤中的Cu、Cr和Cd。另外，通過露天盆栽試驗表明，粉煤灰施入土壤后，所種植的油麥菜葉片內多種重金屬的含量與對照組相比下降了30%左右。除此之外，將粉煤灰施入土壤，還有助于增加土壤微生物的活性、降低土壤養分淋失，緩解土壤酸化，促進根際硝化反應，降低根際A13+毒害作用，促進作物生長，工業生產活動提供豐富的粉煤灰來源。

4.3 有機肥在土壤重金屬鈍化技術中的應用

有機肥在土壤重金屬鈍化中的應用主要是因為其重金屬絡合作用，此外，有機物的施加還可以通過增加土壤CEC降低重金屬的生物有效性，有機肥富含芳香結構，在腐熟程度較高的有機肥中含量可達到3%，其上有大量的含氧基團和氨基，這為重金屬的絡合提供豐富的配位基，含氧基團對重金屬的靜電吸附作用也降低了重金屬的遷移能力，即使在pH低至3.9的土壤環境中，有機肥的添加依舊可以有效降低土壤Cu和Pb的淋溶性和遷移能力，其效率分別達到74.5%和61.0%。長期施用有機肥可以促進土壤中水穩定性團粒結構的形成，增強土壤固碳能力，增強土壤抵抗力與恢復力。

4.4 生物炭在土壤重金屬鈍化技術中的應用

生物炭指的是生物質如木材、農作物廢棄物、植物組織或動物骨骼等在缺氧和相對溫度較低（＜700℃）條件下熱解炭化形成的產物，其較低的生產溫度和農藝價值使其與木炭區分開，生物炭呈堿性，可溶性極低，具有高度竣酸酷化和芳香化結構，擁有較大的孔隙度和比表面積，將其作為改善土壤質量、吸附污染物的鈍化劑施入農田土壤，不僅可以降低重金屬對作物和人畜健康的危害，還可以減少土壤養分淋失、促進土壤團聚體形成、改善土壤質量、增加農作物產量、提升土壤儲存有機碳的能力、增加土壤固碳效率和土壤碳庫含量。人們日常生活為生物炭的生產提供了大量的原料，據估計每人每年產生的有機廢棄物約為200kg，將有機廢棄物以生物炭的形式施入土壤也是市政、農業垃圾的一種可持續發展的處置方法，能夠有效節約因垃圾填埋而占用的土地資源。

5 結語

在土壤污染治理工程中，鈍化修復技術具有獨特的應用優勢，鈍化技術極具發展潛力和應用前景，在土壤重金屬環境治理中，應該結合實際情況選用具體的鈍化技術，這樣才能有效開展重金屬污染防治工作。

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1004-7344（2016）13-0293-02

2016-4-25

陳云云（1984-），女，助理工程師，本科，主要從事技術設計工作。