不同修復(fù)劑對(duì)Cd污染土壤修復(fù)效果研究

魯倩,車健,邊朋沙,2,余明,2,馬程,王昕,2,耿其明,施暢,2,張碩,2*

(1.河北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心,河北 保定 071051;2.河北省礦產(chǎn)資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定 071051)

隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,重金屬等污染物進(jìn)入到了大氣、水、土壤中,嚴(yán)重影響了國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)和安全[1-4]。因此,國家對(duì)生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)日益重視,特別是關(guān)乎人類生存及生命安全的水和土壤等資源的重金屬元素污染狀況日益受到專家學(xué)者的關(guān)注[5-8]。Cd是我國土壤和農(nóng)作物重金屬污染中很普通常見的污染物,它會(huì)因?yàn)椴荒鼙晃⑸锓纸舛谕寥乐懈患?積累到一定程度就會(huì)對(duì)土壤-植物系統(tǒng)造成危害,并會(huì)通過食物鏈途徑進(jìn)入人體累積在肝、腎、胰腺、甲狀腺和骨骼中,使腎臟等器官發(fā)生病變,人體內(nèi)的新陳代謝就會(huì)出現(xiàn)紊亂并影響人的正常活動(dòng)[9-18]。因此,保持土壤健康對(duì)土壤Cd污染進(jìn)行修復(fù)一直是國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。

前人在不同修復(fù)劑修復(fù)土壤Cd污染方面進(jìn)行過很多研究,成果十分豐富。廖啟林、陳展祥、魏鳳、郝碩碩等專家學(xué)者曾對(duì)沸石、凹凸棒石、蒙脫石等修復(fù)劑治理土壤Cd污染的作用和效果進(jìn)行過探討,發(fā)現(xiàn)三種修復(fù)劑在治理土壤Cd污染方面有一定效果。本文在綜合分析前人研究成果的基礎(chǔ)上,選取已知對(duì)土壤Cd重金屬元素污染修復(fù)有效果的沸石、凹凸棒石、蒙脫石進(jìn)行研究[19-27],探討不同修復(fù)劑在同樣的實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)Cd污染的修復(fù)效果,分析三種修復(fù)劑的修復(fù)效果的差別優(yōu)劣,希望可以選出對(duì)土壤Cd污染效果最優(yōu)的修復(fù)劑,從而能對(duì)土壤重金屬元素污染修復(fù)研究提供一定技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)土壤為某地健康重金屬含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)[28]、沒有Cd污染的耕地土壤(表1),沸石、凹凸棒石、蒙脫石規(guī)格為75 μm(200目),需要藥品 Cd(NO3)2·4H2O為分析純。

表1 原土Cd含量測(cè)試數(shù)據(jù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

Cd污染土壤制備時(shí)需要0.6 mg/mL的Cd(NO3)2溶液和準(zhǔn)備好的健康無污染的土壤。首先配置實(shí)驗(yàn)所需質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL的Cd(NO3)2溶液,然后稱取健康土壤500 g為一個(gè)樣品。在土壤總Cd含量為0.21 mg/kg的基礎(chǔ)上,再向土壤中加入Cd(NO3)2溶液,將土壤制成總Cd含量為0.6,1.2,3.0,4.0 mg/kg的待試污染土壤,共配置3組,為1組、2組、3組,分別對(duì)應(yīng)沸石、凹凸棒石、蒙脫石。

1組、2組、3組中每組樣品為20個(gè),其中不同濃度的Cd污染待試土壤各準(zhǔn)備五個(gè)。以1組為例,分別在每一濃度的待試土壤樣品中加入樣品質(zhì)量500 g的0.5%(2.5 g),1.0%(5.0 g),2.0%(10.0 g),5.0%(25.0 g),10.0%(50.0 g)的沸石,攪拌均勻后在恒溫恒濕的條件下反應(yīng)30 d。2組凹凸棒石、3組蒙脫石實(shí)驗(yàn)方法與1組沸石相同。

2 樣品測(cè)定

本次土壤送檢樣品共計(jì)63件,分兩次送檢。第一次送檢為3件原土樣品(YT1,YT2,YT3),測(cè)試其pH值、Cd總量和有效Cd含量,確定土壤為可使用的健康土壤;第二次送檢為Cd污染修復(fù)后送檢土壤樣品60個(gè)(GXF1,GXF2,GXF3……),主要測(cè)試pH值、有效Cd,分析修復(fù)劑修復(fù)后有效Cd含量的變化。

土壤檢驗(yàn)檢測(cè)主要分為制樣和檢測(cè)兩個(gè)部分。室內(nèi)對(duì)送檢土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、磨細(xì)、過篩、混勻操作后制成待測(cè)樣。Cd單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心):1.00 g/L,10%(體積分?jǐn)?shù))HNO3介質(zhì);Cd混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:2%(體積分?jǐn)?shù))HNO3介質(zhì),由各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋混合為合適質(zhì)量濃度的溶液;Cd含量利用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)量,使用儀器為7700 x電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國Agilent公司);土壤pH值使用pH計(jì)(LY/T 1239—1999)測(cè)定。

3 結(jié)果討論與分析

由表2可得,配置的Cd污染樣品修復(fù)后pH值為8.16～8.9,變化不大;有效Cd含量雖然都有下降,但不同修復(fù)劑的修復(fù)效果有所不同,總體來看,沸石、凹凸棒石和蒙脫石對(duì)配置好的Cd污染土壤平均修復(fù)率為29.88%,30.64%和35.93%,三種修復(fù)劑中沸石和凹凸棒石修復(fù)效果相近,蒙脫石的修復(fù)效果優(yōu)于沸石和凹凸棒石。當(dāng)土壤中Cd污染的濃度不同時(shí), 沸石、凹凸棒石和蒙脫石分別有著不同的表現(xiàn),具體情況如下:

表2 Cd污染土壤修復(fù)后樣品測(cè)試數(shù)據(jù)

當(dāng)待修復(fù)土壤中總Cd含量為0.6 mg/kg時(shí),沸石有效修復(fù)率為4.67%～48.62%,平均修復(fù)率為25.14%;凹凸棒石有效修復(fù)率為0.21%～34.61%,平均修復(fù)率為22.29%,蒙脫石有效修復(fù)率為11.89%～39.70%,平均修復(fù)率為27.52%。所以,當(dāng)土壤中Cd含量為0.6 mg/kg時(shí),三種修復(fù)劑中雖然蒙脫石平均修復(fù)率最高,但是在土壤中加入質(zhì)量0.50%的沸石時(shí)修復(fù)率最高為48.62%,所以,當(dāng)土壤中Cd含量為0.6 mg/kg時(shí),沸石與蒙脫石的修復(fù)效果對(duì)比更優(yōu)仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)土壤中Cd含量為1.2 mg/kg時(shí),沸石、凹凸棒石、蒙脫石有效修復(fù)率和平均修復(fù)率分別為26.89%～33.24%和30.31%,9.99%～46.50%和31.97%,30.25%～50.51%和36.04%。其中蒙脫石修復(fù)效果最好,不僅平均修復(fù)率最高,而且當(dāng)在污染土壤中加入質(zhì)量10.0%的蒙脫石時(shí)修復(fù)效果最優(yōu),為50.51%。

當(dāng)土壤中Cd含量為3.0 mg/kg時(shí),沸石有效修復(fù)率為24.07%～32.78%,平均修復(fù)率為29.85%;凹凸棒石有效修復(fù)率為30.69%～46.36%,平均修復(fù)率為39.12%;蒙脫石有效修復(fù)率為14.32%～54.72%,平均修復(fù)率為36.47%。三種修復(fù)劑中雖然凹凸棒石平均修復(fù)率最高,但是在土壤中加入質(zhì)量0.5%的蒙脫石時(shí)修復(fù)率最高為54.72%,所以,當(dāng)土壤中Cd含量為3.0 mg/kg時(shí),蒙脫石與凹凸棒石的修復(fù)效果對(duì)比更優(yōu)仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)土壤中Cd含量為4.0 mg/kg時(shí),沸石有效修復(fù)率為13.20%～46.53%,平均修復(fù)率為34.23%;凹凸棒石有效修復(fù)率為16.30%～35.16%,平均修復(fù)率為25.86%;蒙脫石有效修復(fù)率為34.38%～52.47%,平均修復(fù)率為43.68%。其中,蒙脫石修復(fù)效果最好,不僅平均修復(fù)率最高,而且當(dāng)在污染土壤中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的蒙脫石時(shí)修復(fù)效果最優(yōu),為52.47%。

綜上,從整體的平均修復(fù)率來看,沸石、凹凸棒石和蒙脫石修復(fù)效果相差并不是太大,只是蒙脫石表現(xiàn)最優(yōu)。但當(dāng)土壤中Cd含量不同時(shí),三種修復(fù)劑的修復(fù)效果各有不同,有時(shí)修復(fù)效果相近,有時(shí)修復(fù)效果相差較大,此結(jié)果的出現(xiàn)不僅和修復(fù)劑的種類有關(guān),且和修復(fù)劑的加入量也有一定關(guān)系。此外,實(shí)驗(yàn)中個(gè)別污染土壤修復(fù)效果未達(dá)到,猜測(cè)可能是偶然因素導(dǎo)致,需進(jìn)一步驗(yàn)證,此次不計(jì)入計(jì)算。

4 結(jié)論

通過此次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沸石、凹凸棒石和蒙脫石三種修復(fù)劑對(duì)土壤Cd污染修復(fù)治理具有一定作用,從整體的平均修復(fù)率來看,修復(fù)效果為蒙脫石>凹凸棒石>沸石。土壤中Cd含量不同時(shí),三種修復(fù)劑修復(fù)效果也不同,當(dāng)Cd含量為0.6,1.2,4.0 mg/kg時(shí),蒙脫石修復(fù)效果較優(yōu),當(dāng)Cd含量為3.0 mg/kg時(shí),凹凸棒石修復(fù)效果較好。沸石、凹凸棒石、蒙脫石均是對(duì)土壤Cd污染修復(fù)治理行之有效的修復(fù)劑,三者如何使用可以對(duì)Cd污染修復(fù)效果最好及是否可以復(fù)配制作混合修復(fù)劑,仍需進(jìn)一步探討。