土壤重金屬污染原位鈍化修復(fù)技術(shù)研究

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:摘要：土壤重金屬污染是當(dāng)今面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一，其修復(fù)也已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本研究首先介紹了重金屬污染土壤原位鈍化修復(fù)技術(shù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了該技術(shù)的實(shí)際可行性，最后就該技術(shù)鈍化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性展開(kāi)了探究，以期能夠?yàn)橥寥乐亟饘傥廴拘迯?fù)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：土壤；原位鈍化修復(fù)技術(shù)；原位鈍化修復(fù)技術(shù)

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)重金屬污染事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響廣大群眾的身體健康，土壤重金屬污染與修復(fù)成為人們關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。目前，在各種土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)中，原位鈍化修復(fù)技術(shù)由于成本低、操作簡(jiǎn)單易行、并且修復(fù)效率高，對(duì)于中輕度濃度污染土壤的修復(fù)具有較好的應(yīng)用前景，成為研究的熱點(diǎn)。

1.原位鈍化修復(fù)技術(shù)概述

原位鈍化修復(fù)是指向土壤中投加鈍化材料，改變重金屬污染在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存狀態(tài)，從而降低重金屬的生物有效性和遷移性，減少植物對(duì)重金屬的吸收，也稱(chēng)為原位固定技術(shù)或原位穩(wěn)定化技術(shù)。這種鈍化修復(fù)方法從成本和時(shí)間上能更好地滿足輕微、輕度重金屬污染土壤的治理要求，尤其滿足重金屬?gòu)?fù)合污染土壤修復(fù)的要求。因此，針對(duì)我國(guó)耕地土壤以輕微、輕度重金屬污染為主的特點(diǎn)，重金屬污染土壤原位鈍化修復(fù)技術(shù)已成為當(dāng)前我國(guó)重金屬污染耕地土壤修復(fù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

納米材料因其巨大的比表面積和強(qiáng)大的吸附能力被廣泛應(yīng)用到土壤污染修復(fù)當(dāng)中，強(qiáng)酸改性后的納米碳黑增加了表面C＝C和O－H官能團(tuán)，并引進(jìn)了O＝C－OH、C－O 和CNO 等官能團(tuán)，應(yīng)用于重金屬Cu、Cd污染過(guò)的修復(fù)中。但是目前仍然缺乏對(duì)納米材料的土壤環(huán)境行為和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究。

2.原位鈍化技術(shù)盆栽試驗(yàn)

2.1供試材料

本試驗(yàn)所用土壤為典型棕壤，其pH值為6.65；供試鈍化材料為硝酸－高錳酸鉀改性納米碳黑，pH值在5～6左右；供試植物分別選用耐受植物黑麥草和超積累植物紅葉菾菜。

2.2盆栽試驗(yàn)

稱(chēng)取500gCd2+污染棕壤于聚乙烯花盆中，每個(gè)花盆中的基肥一致，稱(chēng)取尿素2g和磷酸二氫鉀4.4g共溶于1L水中，在每個(gè)花盆底部托盤(pán)澆水120mL，鈍化一周后播種。本試驗(yàn)按照以下處理方式進(jìn)行栽培試驗(yàn)。

A：不添加鈍化材料種植黑麥草；

B：不添加鈍化材料種植紅葉菾菜；

C：添加2%OBC不種植植物；

D：不添加鈍化材料不種植材料；

E：添加2%OBC并種植黑麥草；

F：添加2%OBC并種植印度芥菜。

其中，2%的鈍化材料是稱(chēng)取10g改性納米碳黑（OBC）混入500g棕壤中，攪拌均勻。為區(qū)分根際土和非根際土，稱(chēng)取200g混勻后的含2%OBC的棕壤用500目的尼龍布包成半圓形放入花盆中。植物種子均種于尼龍布包裹的土壤中。

2.3分析方法

盆栽土培實(shí)驗(yàn)每10d為一個(gè)周期，經(jīng)過(guò)10d以后，分別在每個(gè)花盆里選取一定量的土壤于105℃烘箱中烘干5H后，研磨并分別稱(chēng)取10.00g于100mL塑料小瓶中，添加20mLdTpA浸提液，在25℃水浴恒溫往復(fù)振蕩機(jī)上振蕩2H，過(guò)濾后用TAS－990原子吸收分光光度計(jì)（AAS）測(cè)定濾液中上清液中Cd2+ 含量，得出有效態(tài)Cd2+ 的含量，從而分析一個(gè)月內(nèi)不同處理盆栽土壤中Cd2+ 有效態(tài)變化趨勢(shì)。

2.4數(shù)據(jù)處理

有效態(tài)Cd2+ 用下列供試計(jì)算：有效態(tài)鎘

式中：C為提取液中重金屬鎘的濃度。

3.盆栽試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1無(wú)植物土壤中改性納米碳黑鈍化效果

土壤中Cd2+ 的有效態(tài)含量決定了植物吸收Cd2+ 的量，添加了鈍化材料后可以吸收土壤中的重金屬?gòu)亩档椭亟饘倩钚?。圖1對(duì)比了有無(wú)改性納米碳黑土壤中有效態(tài)Cd2+ 變化趨勢(shì)。

圖1土壤中重金屬Cd2+ 有效態(tài)含量對(duì)比

從圖1中可以看出，施加鈍化材料后土壤中的有效態(tài)Cd2+ 含量明顯降低，表明鈍化材料改性納米碳黑OBC對(duì)重金屬鎘有吸收作用，可以減少土壤中重金屬鎘的含量，從而驗(yàn)證了鈍化材料修復(fù)污染土壤的可行性。

3.2耐受植物下納米碳黑鈍化效果

黑麥草是一種耐受植物，為探究耐受植物與鈍化材料之間是否會(huì)有影響，分別測(cè)定了兩種植物在添加改性納米碳黑OBC和未添加OBC兩種情況下，根際土和非根際土中有效態(tài)Cd2+ 的濃度（圖2）。

圖2不同條件黑麥草根際土和非根際土有效態(tài)Cd2+ 對(duì)比圖

由圖2可以看出，在第30d，未添加OBC的黑麥草根際土壤有效態(tài)鎘濃度則為3.360mg/kg，而添加了鈍化材料OBC的黑麥草非根際土壤有效態(tài)鎘濃度為2.840mg/kg，降低了0.520mg/kg，說(shuō)明鈍化材料確實(shí)能夠吸附土壤中的重金屬鎘。而未添加鈍化材料OBC的黑麥草根際土壤有效態(tài)鎘的濃度為3.295mg/kg，相比于同樣條件下黑麥草非根際土壤有效態(tài)鎘的濃度降低了0.065mg/kg，說(shuō)明植物對(duì)重金屬鎘有一定的修復(fù)作用。還可以從圖1中看出，添加了鈍化材料OBC的黑麥草根際土壤中有效態(tài)鎘的濃度為2.705mg/kg，相比于未添加鈍化材料的黑麥草非根際土壤中有效態(tài)鎘的濃度，減少了0.655mg/kg，說(shuō)明黑麥草植物和鈍化材料聯(lián)合修復(fù)效果相比于單因素修復(fù)效果好，兩種修復(fù)效果是互相促進(jìn)的。

3.3超積累植物下納米碳黑鈍化效果

紅葉菾菜是一種超積累植物，為探究超積累植物與鈍化材料之間是否會(huì)有影響，分別測(cè)定了兩種植物在添加改性納米碳黑OBC和未添加OBC兩種情況下，根際土和非根際土中有效態(tài)Cd2+ 的濃度（圖3）。

圖3不同條件黑麥草根際土和非根際土有效態(tài)Cd2+ 對(duì)比圖

同樣，由圖3可以看出，紅葉菾菜土壤中有效態(tài)Cd2+ 濃度趨勢(shì)和黑麥草是相同的。因此可以得出結(jié)論，植物修復(fù)和原位鈍化修復(fù)兩種作用之間是相互促進(jìn)的，從業(yè)更進(jìn)一步驗(yàn)證了原位鈍化技術(shù)的實(shí)際可操作性。

4.原位鈍化修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定性探討

吸附重金屬后的鈍化材料最終都留在土壤，當(dāng)土壤條件發(fā)生變化時(shí)，重金屬的生物有效性已發(fā)生變化。尤其是對(duì)于易降解的有機(jī)材料、易受pH值影響的堿性材料、易受共存離子影響的粘土礦物等，原位鈍化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)該技術(shù)成功的應(yīng)用至關(guān)重要。但是，目前鈍化材料對(duì)重金屬鈍化效果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及可能的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)報(bào)道較少。

現(xiàn)把鈍化材料對(duì)土壤中重金屬的鈍化穩(wěn)定性分為鈍化材料本身的穩(wěn)定性、鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性和土壤中重金屬鈍化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（圖4）。

4.1鈍化材料本身的穩(wěn)定性

鈍化材料本身的穩(wěn)定性主要取決于其化學(xué)穩(wěn)定性和生物學(xué)穩(wěn)定性等。粘土礦物性質(zhì)比較穩(wěn)定，堆肥配合粘土礦物能夠保證鈍化效果的穩(wěn)定性。有機(jī)鈍化材料易受微生物降解的影響，生物學(xué)穩(wěn)定性較差。通常認(rèn)為納米碳黑鈍化材料是惰性的，受光化學(xué)反應(yīng)和微生物作用的影響很小。不同類(lèi)型的鈍化材料其本身的化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性有較大的差異。

4.2鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性

重金屬的生物有效性指重金屬能對(duì)生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)或被生物吸收的性質(zhì)，鈍化劑施入土壤中主要通過(guò)降低重金屬的生物有效性發(fā)揮鈍化作用。鈍化穩(wěn)定性不強(qiáng)，勢(shì)必導(dǎo)致重金屬的活化或釋放，進(jìn)而造成土壤重金屬的生物有效性升高。堿性鈍化劑可提高土壤的pH值，增加土壤表面的可變負(fù)電荷，促使Cd、pB、Cu等重金屬在植物根部積累，減少其向地上部分轉(zhuǎn)移，增加作物的生物量及葉綠素含量。

鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性，主要取決于鈍化材料與重金屬的作用機(jī)制。通常通過(guò)吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出吸附容量、吸附熱等參數(shù)，說(shuō)明鈍化材料與不同重金屬的結(jié)合能力。為了說(shuō)明其結(jié)合的穩(wěn)定性，Xu等用中性鹽（1mOL/LkCL）解吸結(jié)合在鈍化材料表面的重金屬，稱(chēng)之為易解吸態(tài)，用酸0.1mOL/LHCL解吸，稱(chēng)之為難解吸態(tài)，根據(jù)易解吸態(tài)和難解吸態(tài)所占的比例，說(shuō)明鈍化材料與重金屬的結(jié)合能力。溶液pH值、競(jìng)爭(zhēng)力子、溫度等都會(huì)影響鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性。

圖4原位鈍化修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定性

但是，以往的研究很少?gòu)拟g化材料本身的穩(wěn)定性和鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性角度開(kāi)展鈍化穩(wěn)定性研究，系統(tǒng)地比較不同類(lèi)型鈍化材料的長(zhǎng)期鈍化穩(wěn)定性研究更是鮮見(jiàn)。而對(duì)于易受化學(xué)、生物學(xué)等影響的鈍化材料而言，研究鈍化材料本身的穩(wěn)定性、鈍化材料與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性，是重金屬污染土壤原位鈍化技術(shù)成功應(yīng)用的前提。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)我國(guó)土壤以輕微、輕度重金屬污染為主的特點(diǎn)，原位鈍化修復(fù)能很好地滿足重金屬污染土壤修復(fù)要求，具有可行性，是有力的修復(fù)方法。然而，鈍化穩(wěn)定性的研究是目前所欠缺的，尤其是鈍化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究，文章進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)分析。下一步，我們?nèi)孕枰粩鄬W(xué)習(xí)，借助現(xiàn)代儀器分析手段，揭示不同鈍化材料對(duì)重金屬的鈍化機(jī)理，為該技術(shù)的成功應(yīng)用提供有力的證據(jù)。

原標(biāo)題:土壤重金屬污染原位鈍化修復(fù)技術(shù)研究