鈍化劑聯(lián)合有機肥修復重金屬污染土壤研究進展

葉勝蘭，王璐瑤

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710075）

現(xiàn)階段，土壤重金屬污染已逐步發(fā)展成為全球性的生態(tài)環(huán)境問題，并且由于土壤重金屬污染存在長期、不可逆、隱蔽等一系列特點，因而對生態(tài)系統(tǒng)的完整性會構成巨大威脅，并可能通過食物鏈對動物，乃至人體生命健康產生不利影響。除此以外，土壤重金屬污染會直接導致土壤肥力減退，降低農產品產量以及品質，不利于社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。正因為如此，我們必須積極研究對重金屬污染土壤的有效修復方法，鈍化劑與有機肥聯(lián)合修復正是其中非常重要的一項手段。

1 土壤中重金屬形態(tài)分布

重金屬元素進入土壤內部后通過包括溶解、凝聚、沉淀、以及吸附等在內的一系列反應形成不同化學形態(tài)，表現(xiàn)出差異化的活性水平。有關報道中已正式，土壤中重金屬存在形態(tài)不同，其活性水平有所不同，對土壤結構種植植物的有效性也有所不同。一般情況下，重金屬在土壤內的存在形態(tài)有五種類型：第一是可交換態(tài)，第二是鐵錳氧化物結合態(tài)，第三是碳酸鹽結合態(tài)，第四是有機結合態(tài)，第五是殘渣態(tài)。以上幾類重金屬存在形態(tài)可以按照生物活性水平自低至高進行排序，活性最低的為殘渣態(tài)，其后依次為有機結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、以及可交換態(tài)。由于可交換態(tài)下重金屬元素的活躍性最高，較易被釋放，因此生物可利用性最高。而碳酸鹽結合態(tài)下重金屬元素可以根據(jù)環(huán)境酸堿值的變化情況產生移動，對環(huán)境可能造成二次污染。土壤內通過加入鈍化劑以及有機肥成分的方式，在經過吸附、沉淀、交換、氧化還原等一系列反應后，對可交換態(tài)重金屬元素產生反應，促進其向有機物結合態(tài)或殘渣態(tài)轉變，達到降低其活性水平以及生物有效性的效果，進而實現(xiàn)重金屬污染土壤治理目的。

2 鈍化劑修復土壤進展

2.1 無機類

在重金屬污染土壤修復過程中，常見的無機類鈍化劑修復材料包括黏土礦物、碳材料、含磷材料這幾種類型：①黏土礦物。目前較多研究集中在膨潤土、沸石、高嶺石這幾類材料上，其共性是孔隙率高、有較大的離子交換容量、且對微量元素吸附效果好。一般來說，受到重金屬離子半徑水合熱因素的影響，黏土礦物所表現(xiàn)出的吸附性存在一定差異。有報道中通過蔬菜盆栽實驗研究黏土礦物對重金屬污染土壤的修復效果，結果顯示添加黏土礦物可以對污染土壤中的鎘、鋅和銅元素進行有效鈍化處理，處理有效率達到30%左右。但天然材料在具體應用中存在一定缺陷，可通過改性處理的方式提高吸附效率，達到更為理想的修復效果；②碳材料。碳材料最突出特點是含有豐富的含氧官能團物質，且比表面積大，目前較為常見的有黑炭、秸稈炭、骨炭這幾類。在實際應用中可以通過提高土壤酸堿值，改善有機碳含量的方式，達到固定、吸附重金屬污染物，修復土壤的效果；③含磷材料。在土壤修復研究領域中，常見的含磷材料有磷礦粉、無機磷肥、羥基磷灰石這幾類。有相關實驗中將磷酸氫二銨應用于對重金屬污染土壤的修復中，結果顯示該材料可以與重金屬離子結合沉淀大量磷酸鹽，以降低污染土壤中鉛、鎘、鋅的遷移性以及生物有效性，加速殘渣態(tài)轉換。

2.2 有機類

可供重金屬污染土壤鈍化修復的有機類材料主要有畜禽糞便、城市污泥、腐殖酸、有機堆肥等幾種類型。這些有機類材料可以作用于重金屬元素在土壤中的形態(tài)分布，進而達到降低生物有效性水平的目的。有關研究人員為對比分析不同鈍化材料對重金屬污染土壤鈍化修復效果的差異，嘗試以有機肥以及泥炭作為實驗材料，結果顯示有機肥以及泥炭材料對重金屬污染土壤中Pb、Cu的浸出量比較對照組降低27%以及33%。也有人員通過春小麥盆栽實驗的方式，對土壤中Cd形態(tài)受有機肥的影響情況進行研究，結果顯示有機肥施作可顯著降低土壤中Cd、Zn有效態(tài)含量，主要機理是有機肥中有機基質與污染土壤中有利狀態(tài)的Cd以及Zn離子產生絡合反應。同時，有機肥在土壤中進行分解，此過程中通過還原性反應產生一定比例鐵、錳元素，同樣經絡合反應與有機質作用，生成低價絡合物，進而達到了降低污染土壤中鐵錳氧化態(tài)Cd以及Zn含量的目的。

2.3 復合材料

近年來，大量新型材料被應用于重金屬污染土壤修復實踐中，如介孔材料、納米材料的應用均有效規(guī)避了傳統(tǒng)鈍化劑在土壤修復領域存在的局限性，并通過鈍化劑與有機肥復合使用的方式，最大限度降低了重金屬污染土壤的修復難度。

在土壤修復領域中，納米材料的獨特優(yōu)勢體現(xiàn)在其優(yōu)良的理化性質以及巨大的比表面積方面。有關研究人員嘗試用HNO3改性納米碳黑材料對重金屬污染土壤進行修復實驗，實驗結果顯示，在添加比例分別為1%、3%、5%的情況下，污染土壤中有效態(tài)Cu分別較對照組下降47%、72%、80%，有效態(tài)Zn分別較對照組下降3%、17%、43%，效果非常顯著。

介孔材料作為一種具有較高比表面積的多孔材料，孔徑在2.0nm～50.0nm范圍內，孔徑分布狹窄，且孔徑大小連續(xù)可調，在經表面巰基改性處理后，材料對于污染土壤中Cd、Pb等成分的吸附效果是非常理想的。

因此有關報道中嘗試將介孔材料與磷酸鹽聯(lián)合應用于對重金屬污染土壤的修復過程中，巰基改性表面離子與污染土壤中Cd、Pb等離子經配位反應形成雙齒配體，促進Cd、Pb的殘渣態(tài)轉化，從而達到修復效果。

3 總結

本文針對重金屬污染土壤修復中鈍化劑與有機肥聯(lián)合方法進行分析與闡述，對相關文獻與研究報道中所取得的成果與進展進行總結，在概括土壤中重金屬形態(tài)及其分布特征的基礎之上，分有機類、無機類、以及復合材料這三種類型，探討鈍化劑應用于重金屬污染土壤修復中的相關進展，通過研究認為目前多將鈍化修復技術應用于對輕度、中度重金屬污染土壤的修復過程當中，具體實踐中應當嚴格遵循因地制宜的基本原則，嘗試對多種修復技術進行聯(lián)合應用，以進一步擴大鈍化劑修復技術的適用范圍，提高重金屬污染土壤的修復效果。