鄭得鳴 范唯

摘要：土壤資源由于受到過分開發(fā)，重金屬污染問題日趨嚴(yán)重?，F(xiàn)階段，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，向被污染的土壤中滴加固定化試劑能夠與土壤中的重金屬物質(zhì)形成離子交換等反應(yīng)，進(jìn)而將重金屬固定在被污染的土壤中。本文研究中以各類固定劑對(duì)土壤中重金屬離子固定作用的不同為引入，利用對(duì)比分析法，同時(shí)結(jié)合實(shí)例，對(duì)不同固定劑的作用進(jìn)行闡釋，最后分析了固定劑對(duì)重金屬的固定效果，并提出理論展望，以供參考。

關(guān)鍵詞：土壤修復(fù);固定劑;重金屬污染;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-00-02

Abstract：Due to over-exploitation of soil resources， the problem of heavy metal pollution has become increasingly serious. At this stage， the application of heavy metal contaminated soil remediation technology is more and more extensive. Adding immobilized reagents to contaminated soil can form ion exchange reaction with heavy metal materials in the soil， and then fix heavy metals in the contaminated soil. In the study， the different fixation effects of various fixatives on heavy metal ions in soil were introduced. The effects of different fixatives were explained by comparative analysis and examples. Finally， the fixing effect of fixatives on heavy metals was analyzed. Theoretical outlook for reference.

Key words：Soil remediation;Fixative;Heavy metal pollution; Application

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土壤資源受到工業(yè)廢渣等污染物的危害，重金屬污染程度越來越大。根據(jù)相關(guān)文件顯示，在全國(guó)范圍內(nèi)經(jīng)過調(diào)查研究的約6.3億公頃陸地中，土壤的污染程度超標(biāo)率為16.1%。根據(jù)無機(jī)污染物的超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)值大小看，主要的無機(jī)重金屬污染物有Cd、Hg、As、Cu等。在土壤中這些重金屬污染物的移動(dòng)性較差，且會(huì)滲透到植物的根部，會(huì)由植物介質(zhì)等進(jìn)入人體，影響到人體的健康。本文將以各類固定劑為研究對(duì)象，分析在重金屬污染土壤修復(fù)中的修復(fù)機(jī)理及研究現(xiàn)狀，同時(shí)為原位固定修復(fù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 不同類型固定劑在重金屬污染土壤修復(fù)中的效果分析

自由態(tài)的重金屬對(duì)于土壤的危害是最大的，從土壤修復(fù)的原理進(jìn)行分析，部分易與重金屬發(fā)生吸附、沉淀和離子交換等反應(yīng)的物質(zhì)可以作為固定劑材料，進(jìn)而將重金屬離子轉(zhuǎn)化成為危害性較低的結(jié)合形態(tài)物質(zhì)。

1.1 有機(jī)類固定劑

有機(jī)類固定劑在重金屬土壤修復(fù)中可以起到非常積極的作用。對(duì)于有機(jī)類的固定劑，一般存在特異性和非特異性的吸附點(diǎn)，同時(shí)含有多活性的基團(tuán)結(jié)構(gòu)，且由于配位體與金屬結(jié)構(gòu)之間存在一定的連續(xù)性，因此會(huì)形成具有一定穩(wěn)定性的有機(jī)配位體結(jié)構(gòu)。

1.1.1 天然有機(jī)物質(zhì)

用天然有機(jī)物質(zhì)作為固定劑是最為常用的，可以采用動(dòng)物的糞便及農(nóng)作物廢棄物等，其應(yīng)用過程中的成本較低，因此應(yīng)用較為廣泛。例如，不同添加量的豬廄肥，對(duì)于土壤中外源性的重金屬能夠提升其形態(tài)轉(zhuǎn)化能力，同時(shí)能夠提升農(nóng)作物的產(chǎn)量;此外，有研究表明，在堆肥、蘑菇渣和污泥的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，結(jié)果顯示污泥固定化效果較好，有機(jī)質(zhì)含量高。但是在土壤有機(jī)質(zhì)分解條件及環(huán)境較好的情況下，如堆肥、污泥等物質(zhì)固定重金屬離子的能力會(huì)大幅下降。

1.1.2 生物炭

生物炭經(jīng)過炭化后，能夠有效地增大土壤的比表面積，從而增強(qiáng)土壤的吸附能力。由于在與重金屬進(jìn)行作用的過程中，能夠與土壤表面中所含有的-COOH、-COH和-OH等含氧官能團(tuán)進(jìn)行作用，實(shí)現(xiàn)配位能力，會(huì)有助于提升土壤的pH值，達(dá)到堿化的效果，因此能夠很好地降低土壤中重金屬物質(zhì)的移動(dòng)性。

此外，在相同的環(huán)境、溫度及pH值作用的過程中，會(huì)由于原材料的不同導(dǎo)致土壤表面結(jié)構(gòu)、pH值等均具有一定的差異性。

1.2 無機(jī)類固定劑

1.2.1 黏土礦物

黏土礦物在我國(guó)分布廣泛，礦藏資源豐富，相對(duì)來說價(jià)格較低，由于其對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)的吸附性，因此被廣泛應(yīng)用。黏土礦物從物理結(jié)構(gòu)上分析，屬于多層結(jié)構(gòu)，且每層中間都包含有相應(yīng)的無機(jī)陽離子，加上多量的氧原子暴露在晶體的表面，這樣就形成了晶體的缺陷，使得其具有很強(qiáng)的吸附能力。以海泡石（Mg4Si6O15（OH）2·6H2O）為例，由于其是一種天然的水合硅酸鎂黏土，因此整體結(jié)構(gòu)中具有一定的穩(wěn)定性，它的整個(gè)結(jié)構(gòu)單元主要以硅氧四面體和鎂氧八面體組成，且呈現(xiàn)出一定的交替變換狀。根據(jù)我國(guó)研究學(xué)者對(duì)于海泡石應(yīng)用所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究，在施用海泡石和未施用海泡石的兩組土壤中，相比較可以得出，施用了海泡石以后，土壤結(jié)構(gòu)的pH值有所提升，并且抑制了植物根部對(duì)于重金屬物質(zhì)的吸收。再例如天然沸石在重金屬土壤修復(fù)中的應(yīng)用程度更高，且由于其屬于多堿性的含有鋁硅酸鹽的物質(zhì)，因此在整體性的結(jié)構(gòu)點(diǎn)位上可以進(jìn)行中和反應(yīng)，從而會(huì)產(chǎn)生有很強(qiáng)的吸附效果。此外在天然沸石施用的過程中，也會(huì)使得土壤的pH值升高，從而能夠有效的降低Cu、Zn、Cd、Ni、Pb等重金屬物質(zhì)的浸出量。

1.2.2 堿性物質(zhì)

提升土壤環(huán)境中的pH值能夠促使重金屬合成為溶解性差的物質(zhì)，進(jìn)而降低其溶解性，同時(shí)毒性也會(huì)大大降低。石灰、紅泥、爐渣等均可作為堿性類的固定劑材料。這些堿性物質(zhì)在應(yīng)用的過程中，其主要作用是將土壤中的重金屬離子進(jìn)行吸收，這樣能夠降低土壤中重金屬離子的濃度;另外，由于土壤中的質(zhì)子被消耗，會(huì)使得土壤的pH值顯著性提升，促進(jìn)重金屬離子的吸附，并能夠有效地降低其毒害。因此可以得出結(jié)論：土壤中的pH值越高，重金屬的吸附效果越好，但是當(dāng)pH值增高到一定程度后，會(huì)因?yàn)橥寥赖膲A化，導(dǎo)致整個(gè)土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，反而會(huì)使得重金屬的移動(dòng)性增高。

2 固定劑在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用實(shí)例分析

本章節(jié)研究選取某地區(qū)的供試土壤，同時(shí)利用新型TMT（三巰基均三嗪三鈉鹽）-硫酸鐵復(fù)配混合物為化學(xué)固定劑對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)分析。

2.1 材料與方法

供試土壤pH值選擇在8以下，且呈現(xiàn)出中性及偏堿性，同時(shí)供試土壤中的重金屬含有Pb、Cd、As，其含量不等，且沒有規(guī)律性。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥劑

實(shí)驗(yàn)藥劑主要涉及到固定劑TMT、硫酸鐵和三乙醇胺等，其中TMT為TMT15%的水溶液。實(shí)驗(yàn)儀器包含有pH計(jì)、分光光度計(jì)等。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

首先對(duì)供試的土壤進(jìn)行采樣，要求采取的土壤在15cm深度以內(nèi)，且需要平鋪在干凈的紙上，土樣過篩，并裝入經(jīng)過消毒的試樣袋中。取10個(gè)塑料瓶，大小及容量均等，并施加不同濃度的固定劑溶液，分為單一固定劑和硫酸鐵復(fù)合固定劑，同時(shí)利用離子水調(diào)節(jié)土壤及固定劑溶液中的水含量，進(jìn)而風(fēng)干土樣，研磨過篩，最后進(jìn)行測(cè)定。

2.4 計(jì)算方法

用分光光度計(jì)測(cè)定有效態(tài)的重金屬Pb、Cd、As濃度及含量，測(cè)定的結(jié)果需要結(jié)合公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

其中c1指重金屬的含量，單位mg/kg，c2為處理后的重金屬含量，單位mg/kg。

2.5 結(jié)果與討論

2.5.1 固定劑投加量對(duì)于土壤重金屬的固定效果分析

經(jīng)過試驗(yàn)，固定的周期為60天，考察了固定劑投加量對(duì)于整個(gè)試樣土壤中重金屬含量的固定情況，可分析出土壤中的大部分重金屬經(jīng)過與固定劑的融合反應(yīng)后能夠生成沉淀，其中有效態(tài)的Pb、Cd含量降低了60%～70%。但是經(jīng)過試驗(yàn)的觀察，有效態(tài)重金屬As卻沒有明顯降低，這主要是由于試樣土壤中的pH值升高，對(duì)于As的吸附性逐漸變差。另外由于重金屬Pb、Cd的狀態(tài)不穩(wěn)定，且經(jīng)過了與固定劑的融合反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致Pb、Cd在浸泡的過程中溶解。

2.5.2 固定劑對(duì)重金屬的固定效果

在對(duì)試樣土壤投加相應(yīng)固定劑的過程中，應(yīng)合理控制土壤含水量在70%左右，且硫酸鐵投加量為35g/kg，固定的周期為60天。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果分析得出，投加TMT后，重金屬中Pb、Cd的含量會(huì)逐漸減少。當(dāng)投加的TMT含量在0.1g/kg時(shí)，其Pb、Cd重金屬含量趨于穩(wěn)定，由分析可得出此時(shí)Pb、Cd重金屬的去除率可達(dá)到90%。同時(shí)，投加固定劑后土壤中的有效態(tài)As的含量有所減少，這主要是由于硫酸鐵中的物質(zhì)能夠與重金屬As之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成沉淀，進(jìn)而達(dá)到重金屬去除的目的。

由此可以看出，采用不同濃度的固定劑，根據(jù)固定劑中物質(zhì)的不同，試樣土壤中重金屬的去除效果也不同。在以后的實(shí)驗(yàn)研究中，將以土壤中的含水量為主要變量進(jìn)行研究，探究隨著土壤中含水量的增加，重金屬含量及濃度的變化。

3 結(jié)論及展望

要實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)的高效化，需要結(jié)合實(shí)際的土壤結(jié)構(gòu)、重金屬含量及外部環(huán)境等因素進(jìn)行量化，做好相應(yīng)的土壤防治措施管理。在重金屬土壤修復(fù)的過程中，應(yīng)以環(huán)境保護(hù)為基礎(chǔ)，采用高效、穩(wěn)定的修復(fù)工藝流程，同時(shí)應(yīng)防止給土壤結(jié)構(gòu)帶來二次污染;此外，還要大力創(chuàng)新和開發(fā)復(fù)合型的固定劑，控制土壤環(huán)境中的pH值，提升重金屬土壤修復(fù)能力。重金屬土壤修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，需要結(jié)合多方面因素分析，從而提高土壤修復(fù)技術(shù)的高效化應(yīng)用。

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收稿日期：2019-01-15

作者簡(jiǎn)介：鄭得鳴（1987-），男，漢族，研究生，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境衛(wèi)生工程。