硅藻土對土壤重金屬污染修復效果研究

邱志浩 劉波濤

摘要：本文通過硅藻土對重金屬污染土壤的pH值，以及土壤中重金屬離子含量的影響研究，結果表明，硅藻土的添加不會過多的改變土壤pH值等理化特性，可作為土壤重金屬污染修復的有效改良劑。

關鍵詞：硅藻土；重金屬修復；pH值

中圖分類號：X131 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0113-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.067

Abstract： Study on the effect of diatomite on the pH value of heavy metals-contaminated soil， the same amount of diatomite on the content of different heavy metal ions in soil and different amount of diatomite on the content of heavy metal ions in soil shows that the addition of diatomaceous earth is not Excessive changes in soil pH and other physical and chemical properties can be used as an effective modifier of soil heavy metal pollution.

Key words： Diatomite； Heavy metal restoration； pH value

隨著礦產資源的不斷開發，工業生產迅猛發展，大量使用化學藥物，使得土壤重金屬污染問題日趨嚴重，因此對土壤重金屬污染進行修復成為當今世界可持續發展要求中的一個重要方面。目前針對土壤重金屬污染問題主要采用物理修復、化學修復、植物修復等。常用的物理修復法包括客土法、換土法、深耕翻土法（又稱旋耕法）、電動修復，其優點是操作簡單、穩定，但是從長遠利益來看，存在著破壞土壤自然特性的安全隱患[1]；植物修復法則是植物提取、植物固定和植物揮發的一個綜合反應過程，是植物、土壤、重金屬物質共同作用的結果，其修復過程相對來說耗時較長，修復效率較低，從時效性來看，無法滿足大面積、快速的修復需求[2]；而原位化學固定修復法是化學修復法中最常用的一種修復方法，它是利用固化物料讓土壤中的重金屬離子（如Cu2+、Zn2+、Cd2+）發生沉淀、吸附、結構變化、離子交換、氧化-還原等一系列物理化學反應，從而達到調整、改變重金屬的特性，控制土壤中重金屬含量的目的[3]。研究表明，目前土壤重金屬修復物料種類繁多，大部分研究都是在特定的土壤環境中，有針對性地對重金屬進行處理，但是這種方法缺乏統一的研究對比，在實際開發利用過程中缺乏其科學的理論基礎。因此需要在同一體系中，采用同種物料對多種土壤重金屬污染物進行處理，以期找到各重金屬污染物的變化規律，提供有效的參考數值，從而為治理重金屬污染的土壤問題提供更加可靠、可行的解決方案。本研究利用硅藻土物料來修復重金屬Cu2+、Zn2+、Cd2+污染的土壤，以各重金屬有效態來評定硅藻土修復效果，探究硅藻土對3種常見重金屬污染土壤的修復效果及修復規律，為修復這幾種重金屬污染的土壤提供一定的理論參考數據。

1 材料

1.1 供試土壤

采自上海市某農場附近的表層土壤，除去石礫等雜質，自然風干，使用1mm孔徑的尼龍篩選，按照國家土壤環境二級標準的2倍加入重金屬Cu（200mg/kg）、Zn（600mg/kg）、Cd（2mg/kg），分別以Cu（No3）2·3H2O、Zn（No3）2·6H2O、Cd（No3）2·4H2O的溶液形式均勻噴灑至土壤中，覆蓋薄膜，靜置45d后使用[2]。土壤基本性質如表1。

1.2 供試物料

硅藻土來自浙江溫州。

1.3 試驗方法

稱取3種重金屬污染土壤各20kg放置于塑料桶中（內徑40cm，高28cm）， 將硅藻土與供試土壤混合均勻，硅藻土添加量為259g·kg-1。加入硅藻土后，放置在室內自然通風處內，每個花盆定期加入一定量的EDTA去離子水混合均勻，靜置7周，每周取土壤樣品，自然風干。實驗重復3次，并以沒有處理的土壤為空白對照。整個實驗過程用EDTA去離子水使土壤濕度保持在田間濕度的50%-70%左右。

2 樣品測定

土壤重金屬含量測定方法：待測土壤樣品以4：1的體積比與王水-HClO4消化后，使用電感耦合等離子光譜發生儀分別測定土壤中Cu、Zn、Cd含量。

土壤中重金屬有效態測定：采用中性鹽單級提取法，其中用0.01mol/L的CaCl2提取Cu、Zn，用0.1mol/L的CaCl2提取Cd，土壤溶液比例按1：10，180r/min震蕩12h，4600r/min離心5min，上清液經過濾后檢測。土壤基本理化特性的測定方法參考中國科學院南京土壤研究所編著的《土壤理化分析》[2]。

3 結果分析

3.1 硅藻土對重金屬污染土壤pH值的影響

添加硅藻土后，土壤中的pH值變化結果如圖1所示，與未處理過的土壤（pH=6.82）相比，硅藻土處理的土壤的在第1周內迅速上升至7.45；之后隨著時間的增加，硅藻土處理過的土壤pH值基本保持平穩，總體略高于未處理的土壤，pH值保持在7.2以上。

3.2 同一用量硅藻土對土壤中不同重金屬離子含量的影響

添加同一用量的硅藻土后，土壤中的有效態Cu、Zn、Cd的含量隨時間變化情況如圖2所示。隨著時間的延長，硅藻土能夠不同程度的降低土壤中有效態Cu、Zn、Cd的含量，Cu、Zn、Cd的有效態含量在第一周內出現最低值，之后隨著時間的增加趨于穩定。

3.3 不同用量硅藻土對土壤中重金屬離子含量的影響

將硅藻土按照0%、1%、2%、4%的含量處理重金屬污染的土壤，其結果表明，土壤中的有效態Cu、Zn、Cd的含量隨硅藻土添加量的增加而大幅度減少。其中Cu減少量在1.78～6.76mg.kg-1，Zn減少量在7.3～10.2mg.kg-1，Cd減少量在1.45～0.78mg.kg-1。

4 結論

我國的硅藻土儲備量位居世界第二，有著豐富的硅藻土資源，因此硅藻土近些年被廣泛應用于制作環境保護材料、石油及化工材料等方面。由于硅藻土表面存在著硅醇，具有著很強的親水性，而羥基作為硅藻土最重要的吸附結構，又能夠有效地提高硅藻土的化學吸附能力，因此硅藻土可作為穩定而廉價的重金屬載體物料，有效吸附重金屬。重金屬污染的土壤中加入硅藻土后，使治理低濃度重金屬污染土壤成為了可能，但是金屬離子僅僅是維持在一種動態平衡中，還存在于土壤中，并沒有消失，還會隨著環境條件的變化而變化，有著被固定后重新釋放出來的隱患[3-4]。如在本研究中，硅藻土處理重金屬Cu污染的土壤試驗發現，前2周時土壤中有效態Cu的含量快速到達最低值，但2周Cu的含量又有所上升，但始終低于初始值，分析原因，可能在實驗過程中受到了pH等因素的干擾。因此對于增強硅藻土修復重金屬土壤效果的穩定性，還需要做更進一步的深入研究。另外，硅藻土的添加量也是影響重金屬形態的因素之一，本研究中發現硅藻土按照0%、1%、2%、4%不同比例添加后土壤的理化性質會受到一定的影響，如何以最少的用量，最低的經濟成本獲得最高效的修復效果，仍需做進一步研究。本試驗過程中發現硅藻土對土壤重金屬的修復基本上都會隨著時間的延長，土壤中的有效態重金屬（Cu、Zn、Cd）含量會慢慢降低，并在2周后保持在一個穩定的數值上，但是重金屬離子在土壤中如何保持動態平衡，如何使修復效果保持長期的穩定性還需要做更深層次的研究。

參考文獻

[1]黃占斌，焦海華.土壤重金屬污染及其修復技術.[J].自然雜志，2012，34（60）：350-354.

[2]中國科學院南京土壤研究所，土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978.

[3]李劍睿，徐應明，林大松等.農田重金屬污染原位鈍化修復研究進展.[J].生態環境學報，2014：（4）：721-728.

[4]施堯，曹心德，魏曉欣等.含磷材料鈍化修復重金屬Pb、Cu、Zn復合污染土壤.[J].上海交通大學學報.（農業科學版），2011，（3）：62-86.

收稿日期：2018-03-30

作者簡介：邱志浩（1991-），男，碩士，研究方向為污染場地調查與評估及修復。