宋戰(zhàn)旺

摘要：為研究化學(xué)改性劑－植被重固聯(lián)合修復(fù)方法對(duì)礦區(qū)污染土壤重金屬去除研究，以膨潤(rùn)土、磷酸二氫鉀、氫氧化鈣為政性劑，土壤上面種植巨菌草進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)。研究改性劑投加量、化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)、化學(xué)政性劑聯(lián)合植物修復(fù)時(shí)間對(duì)土壤中重金屬降低幅度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，采用化學(xué)改性劑重固處理方法對(duì)土壤重金屬Pb、Zn、Cu固化效率最高。污染土壤經(jīng)過(guò)化學(xué)改性剝植物種植聯(lián)合處理后，土壤中的鉛、鋅、銅、汞重金屬?gòu)?fù)合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管理篩選值，速到了預(yù)期的處理效果，對(duì)農(nóng)作物種植和農(nóng)作物生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)低。

關(guān)鍵詞：重金屬；植被；巨茵萆；重固聯(lián)合修復(fù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

目前，國(guó)際上公認(rèn)的重金屬主要是鉛、銅、鎘、汞、鉻、鎳、鋅和砷這8種元素。根據(jù)多年的研究，重金屬在土壤的含量有限值，包括安全值和風(fēng)險(xiǎn)值。如果其中一種重金屬的含量超過(guò)規(guī)定值時(shí)，就會(huì)破壞土壤的物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)。能夠以不同形態(tài)的傳播路徑進(jìn)行傳播和擴(kuò)散。因此，礦區(qū)附近土壤重金屬污染處理迫在眉睫，需要研究一種生態(tài)環(huán)保、低值有效的方法進(jìn)行修復(fù)處理。

植物修復(fù)礦區(qū)重金屬污染是目前興起的一種新技術(shù)，通過(guò)植物自身結(jié)構(gòu)和對(duì)重金屬富集的信號(hào)途徑，該方法修復(fù)重金屬土壤具有一些優(yōu)點(diǎn)。比如原位修復(fù)、效果作用時(shí)間長(zhǎng)、性價(jià)比較高，同時(shí)，也存在一些試劑的問題。比如修復(fù)后，作物富集重金屬后難于生長(zhǎng)，修復(fù)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，富集重金屬的能力有限。實(shí)際的修復(fù)處理可能達(dá)不到要求。因此，采用化學(xué)改性劑重固土壤中的重金屬聯(lián)合植物富集的方式來(lái)對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，是一條很重要的途徑。其效果好于單一處理方法，也能互相彌補(bǔ)不同方法的缺陷。

研究針對(duì)礦區(qū)重金屬污染土壤，含有大量的重金屬，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)差、缺乏植物生長(zhǎng)需要的必要營(yíng)養(yǎng)元素、微生物系統(tǒng)失衡問題，利用化學(xué)改性材料，包括膨潤(rùn)土、磷酸二氫鉀、氫氧化鈣等，聯(lián)合植物（苧麻、蘆竹、巨菌草），研究復(fù)合改性劑聯(lián)合耐重金屬植物對(duì)礦區(qū)重金屬污染土壤進(jìn)行重固聯(lián)合修復(fù)土壤的有效性。探究該方法對(duì)礦區(qū)土壤重金屬的去除效果及土壤的修復(fù)情況，尋找經(jīng)濟(jì)環(huán)保、有效的礦區(qū)土壤修復(fù)方法和修復(fù)劑。為恢復(fù)礦區(qū)土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)提供依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1礦區(qū)污染土壤

礦區(qū)污染土壤采集四川省某鉛鋅礦周邊的農(nóng)田土壤，采集土壤厚度為20 cm范圍之內(nèi)，土壤為紅壤，pH為6.2。采用土壤Z型多點(diǎn)采樣，然后通過(guò)混合縮分，風(fēng)干并過(guò)篩后，留存?zhèn)溆?。如?所示礦區(qū)周邊重金屬含量表，如表2所示國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB15618-2018《農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》，土壤pH在5.5

1.1.2化學(xué)改性劑

化學(xué)改性劑為：工業(yè)級(jí)KH2PO4石灰（氫氧化鈣）。膨潤(rùn)土來(lái)自湖南婁底某膨潤(rùn)土礦，該膨潤(rùn)土的主成分含量和物理表征如表3所示。工業(yè)級(jí)KH2PO4、石灰（氫氧化鈣），純度99%。采購(gòu)自山東某化工有限公司。

1.1.3改性種植植物

根據(jù)文獻(xiàn)和專利查詢，污染土壤植物修復(fù)需要選擇一種不作為農(nóng)作物的作物，且在重金屬富集方面有效的植物，根據(jù)前期的實(shí)驗(yàn)研究，選擇巨菌草作為植被重固聯(lián)合進(jìn)行修復(fù)土壤。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

等離子耦合發(fā)射光譜－質(zhì)譜ICP-MS（THX-300LN）、紫外分光光度計(jì)（TH-1200XS）、電熱鼓風(fēng)烘干箱（DHG-90L）、pH酸度計(jì)（PH-101）、高速離心機(jī)（TL5000-10S）、電加熱振蕩器（ZD100-20Q）。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1復(fù)合化學(xué)改性劑制備

配置氯化鉀溶液2L，濃度為1.5 mol/L，加入100 g膨潤(rùn)土攪拌均勻，高速離心后，倒掉上層清液。用純水對(duì)離心管底部的膨潤(rùn)土進(jìn)行洗滌，然后烘干備用。在200 g純水中加人浸泡過(guò)的膨潤(rùn)土50 g，加人100 g磷酸二氫鉀和30 g氫氧化鈣，溫度設(shè)置為80℃，攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)置為220 rpm，反應(yīng)60 min。在110℃溫度下烘干4h，得到化學(xué)改性劑。

1.3.2土壤重金屬修復(fù)試驗(yàn)

1.3.2.1改性劑加入量效果

取礦區(qū)污染土壤，加入不同比例的改性劑，投加量分別為污染土壤質(zhì)量的1%、3%、5%、7%、10%，然后采用攪拌設(shè)備將重金屬污染土壤和固化／穩(wěn)定化改性藥劑混合均勻，并充分反應(yīng)4 h，反應(yīng)完成的土壤放置在養(yǎng)護(hù)區(qū)并覆蓋防護(hù)網(wǎng)養(yǎng)護(hù)10天以后取樣檢測(cè)，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（HJ 557-2010），對(duì)養(yǎng)護(hù)完的土壤進(jìn)行重金屬浸出實(shí)驗(yàn)，根據(jù)浸出液中重金屬濃度考察修復(fù)效果。

1.3.2.2化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)試驗(yàn)

取礦區(qū)污染土壤，加入10%改性劑，然后采用攪拌設(shè)備將重金屬污染土壤和固化／穩(wěn)定化改性藥劑混合均勻，并充分反應(yīng)4h，反應(yīng)完成的土壤上種植巨菌草，放置在養(yǎng)護(hù)區(qū)并種植養(yǎng)護(hù)30天以后取樣檢測(cè)，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（HJ 557-2010），對(duì)養(yǎng)護(hù)完的土壤進(jìn)行重金屬浸出實(shí)驗(yàn)，根據(jù)浸出液中重金屬濃度考察修復(fù)效果。

1.3.2.3化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)時(shí)間試驗(yàn)

取礦區(qū)污染土壤，加入10%改性劑，然后采用攪拌設(shè)備將重金屬污染土壤和固化／穩(wěn)定化改性藥劑混合均勻，并充分反應(yīng)4h，反應(yīng)完成的土壤上種植巨菌草，放置在養(yǎng)護(hù)區(qū)并種植養(yǎng)護(hù)15天、30天、45天、60天、90天以后取樣檢測(cè)，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（HJ 557-2010），對(duì)養(yǎng)護(hù)完的土壤進(jìn)行重金屬浸出實(shí)驗(yàn)，根據(jù)浸出液中重金屬濃度考察修復(fù)效果。

2結(jié)果與討論

2.1化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)時(shí)間試驗(yàn)

如圖1所示化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)實(shí)驗(yàn)，采取了改性劑固化聯(lián)合種植巨菌草處理方式，從處理時(shí)間半個(gè)月到三個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，處理時(shí)間長(zhǎng)短都降低土壤重金屬浸出濃度。最佳的修復(fù)時(shí)間是60天，重金屬的降低值為最大。幅度大小為鉛>鋅>銅>汞>鎘。隨著修復(fù)時(shí)間的增加，土壤中的重金屬下降幅度迅速增加，60天的修復(fù)時(shí)間是最佳值，時(shí)間再繼續(xù)增加，重金屬的下降幅度變緩。從成本和效果上來(lái)說(shuō)，都不具備實(shí)際意義。

2.2巨菌草對(duì)土壤重金屬吸附率

如圖2所示化學(xué)改性劑聯(lián)合植物修復(fù)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)巨茵草的根、莖、葉中的重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果。從圖中可以看出，植物種植修復(fù)對(duì)土壤的重金屬富集吸收具有顯著性的效果，且巨茵草不同部位對(duì)重金屬吸附能力表現(xiàn)為根>莖>葉。巨菌草對(duì)汞、鉛、銅的吸附能力最強(qiáng)，相對(duì)的來(lái)看，對(duì)鋅和鎘的吸附效果不顯著。整個(gè)植株對(duì)五種重金屬的吸附能力在18%-68%之間，配合化學(xué)固化劑聯(lián)合使用，對(duì)土壤中的重金屬吸附具有顯著的效果和去除率。

植物的根、莖、葉無(wú)法有效的對(duì)重金屬進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)換，只能通過(guò)葉片中的葉綠素和陽(yáng)光，通過(guò)光合作用合成能量，作為作物生長(zhǎng)的物質(zhì)來(lái)源。在整個(gè)營(yíng)養(yǎng)和能量吸附的過(guò)程中，植物通過(guò)吸收器官?gòu)耐寥乐形丈仨毜乃趾筒煌拇罅吭?、中量元素和微量元素，包括無(wú)機(jī)鹽和一些有機(jī)的合成物質(zhì)。但是在礦區(qū)污染土壤的重金屬，對(duì)于可溶性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，植物不具備選擇性，在土壤中遷移的重金屬通過(guò)土壤的根部吸收后，分別轉(zhuǎn)移到植物的莖稈和葉片末端。與植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成物、磷酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，形成不同梯度的速度差，進(jìn)一步導(dǎo)致了重金屬在植物不同部位的分布為根>莖>葉。

3結(jié)論

采用化學(xué)固結(jié)－種植巨菌草聯(lián)合修復(fù)方法后，大幅度的降低了土壤中的重金屬。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，污染土壤經(jīng)過(guò)化學(xué)改性劑植物種植聯(lián)合處理后，土壤中的鉛、鋅、銅、汞重金屬?gòu)?fù)合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管理篩選值，達(dá)到了預(yù)期的處理效果。對(duì)農(nóng)作物種植和農(nóng)作物生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)低，對(duì)土壤和環(huán)境的生態(tài)依存性也很友好。采取了改性劑固化聯(lián)合種植巨菌草處理方式，從處理時(shí)間半個(gè)月到三個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，不同重金屬的降低能力為鉛>鋅>銅>汞>鎘。隨著修復(fù)時(shí)間的增加，土壤中的重金屬下降幅度迅速增加，60天的修復(fù)時(shí)間是最佳值，時(shí)間再繼續(xù)增加，重金屬的下降幅度變緩。植物種植修復(fù)對(duì)土壤的重金屬富集吸收具有顯著性的效果，且巨菌草不同部位對(duì)重金屬吸附能力表現(xiàn)為根>莖>葉。