酸性土壤中镉、铅的稳定剂修复技术

谭 淳

（武汉华正环境检测技术有限公司湖北武汉430200）

酸性土壤中镉、铅的稳定剂修复技术

谭 淳

（武汉华正环境检测技术有限公司湖北武汉430200）

土壤中镉、铅主要来源于工业、农业、生活和交通四类污染源，由于我国酸性土壤总面积约占我国国土面积的22%，而酸性土壤由于酸度大、CEC小、腐殖结构简单、吸附络合能力差，导致进入土壤的重金属离子迁移性很高，因此对酸性污染土壤的治理显得尤为重要[1]。通过添加稳定剂修复酸性土壤，在短期内效果就很明显，且具有经济、无副作用的优点，已被人们广泛用于中轻度污染酸性土壤的治理中。

镉；铅；污染特征；赋存形态；酸性土壤；稳定剂修复

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。随着现代工业的快速发展，工业生产所排出的有害物也越来越多，它们能通过不同的途径进入土壤，通过不断的积累导致土壤污染严重，特别是重金属污染[2]。过量的重金属不仅会破坏土壤肥力结构，还可能构成二次污染源，污染水体、大气、生物，进而通过食物链危害人体健康。因此已经引起了世界各国的广泛重视[3]。

目前，我国酸性土壤总面积高达203×104km2，约占我国国土面积的22%，而酸性土壤由于酸度大、CEC小、腐殖结构简单、吸附络合能力差，导致进入土壤的重金属离子迁移性很高，对整个生态系统构成潜在巨大的威胁，所以对酸性污染土壤的治理显得尤为重要[1]。

1 土壤中镉铅的污染特征及赋存形态

1.1 土壤中镉铅的污染特征

土壤重金属污染具有以下特征：（1）普遍存在；（2）隐蔽强和潜伏周期长；（3）不可逆和不可降解；（4）表面聚集的特性[4]。

1.2 土壤中镉铅的赋存形态

土壤是由固体物质包括矿物质、有机质和微生物，液体物质主要是土壤水分，还有存在于土壤孔隙中的空气构成的三相体系，故土壤中的重金属赋存形态十分复杂，根据欧盟提出最新的BCR划分法，对土壤中重金属形态进行划分：（1）酸溶态B1（易溶态和碳酸盐结合态）；（2）可还原态B2（铁锰氧化物结合态）；（3）可氧化态B3（硫化物及有机结合态）；（4）残渣态B4土壤中镉铅对植物的危害作用不仅与其总量有关，还与其在土壤中所存在的形态相关联[4]。土壤中镉铅的生物有效性为：酸溶态（B1）>可还原态（B2）>可氧化态（B3）>残渣态（B4）。

2 酸性土壤镉、铅的稳定剂修复技术

稳定剂修复技术由于具有短期内效果明显，经济、无副作用的优点，已被人们广泛用于中轻度酸性污染土壤的治理中。

稳定剂修复重金属污染土壤，主要是通过以下两种方式进行的：一是通过改变土壤pH、Eh、CEC、有机质等理化性质增加土壤颗粒对重金属的吸附量；二是稳定剂本身与重金属发生反应生成溶度积较小的沉淀，降低其在土壤中的迁移性，从而减小对植物的危害[3]。

2.1 有机类稳定剂

有机物料修复污染土壤中重金属效果具体表现在以下几个方面：（1）作为重金属离子的螯合剂[5]，与重金属离子发生强烈的螯合，阻碍植物的吸收，降低其对植物的活性；（2）有机物料中的有机质能促进土壤中的还原反应，使酸溶态重金属离子转化为硫化物沉淀，减弱其危害性；（3）参与土壤中离子交换，提高土壤的CEC和环境容量；（4）为土壤中的生物提供活性物如有机质，有利于土壤微生物的生命活动，稳定土壤结构，间接影响重金属的行为[5]。

Pichtel等[6]分别使用泥炭、农家有机肥和无机肥对铅污染土壤进行修复结合种植的几种蔬菜生长影响实验，结果表明，施用泥炭能使土壤中铅转化为不被植物利用的硫化物及有机结合态铅和残渣态铅，并且泥炭和农家有机肥均有效促进了种植蔬菜根系的生长，三种有机物质能很好的修复重金属污染土壤。Narwal等[7]则通过泥炭和粪肥的施用发现，两者均能提高污土中种植的小麦对重金属铜和锌的积累。

有机类稳定剂对污染土壤中重金属固定效果的影响十分复杂，有机物质种类、用量、施加方式、和土壤类型及所处环境条件的不同都可能导致其对重金属有效性影响的不同，在使用时应充分注意到这些复杂性，合理有针对性的选择有机类稳定剂的种类。

2.2 无机类稳定剂

在众多种类的无机稳定剂中，应用最为广泛的是磷酸盐类和石灰，它们都属于碱性物质，主要是通过提高土壤的pH值，与污染土壤内重金属离子生产碳酸盐、硅酸盐和氢氧化物沉淀，其次在一定程度上也增加了土壤颗粒表面电荷，提高镉、铅等的吸附容量，从而能有效的拟制镉、铅等重金属的活性，促进植物的生长。

ZizhongZhang等[8]对纳米羟磷灰石固定水溶液及污染沉积物中的镉和铅效果及机制的研究，证明纳米颗粒的羟磷灰石比普通颗粒的更能有效固定铅和镉，并对反应生成沉淀物结构进行XRD和XPS分析，得出溶解—沉淀反应是其固定铅最主要的机制，且主要生成Pb5(PO4)3OH沉淀，表面络合和深部扩散是有效态镉减少的主要机制。Cao等[9,10]研究发现在铅污染土壤中添加磷酸盐岩石，能显著降低铅的有效态含量，约78%的降低是由于反应形成Pb10(PO4)6F2矿物，远远大于磷酸盐岩石本身的吸附络合作用所减少的量，故新形成Pb10(PO4)6F2是铅生物可利用性降低的主要机制。王碧玲等[11]通过实验研究得出改变土壤环境条件特别是pH（3.47～9.15）不会影响磷肥降低铅危害性的效果，表明使用磷肥修复土壤中铅污染方法较其他方法更具优越性。

2.3 有机无机稳定剂的配施

很多研究表明磷酸类稳定剂对土壤中镉铅等重金属离子具有非常好的处理效果，但是实际酸性污土的修复中，为了获得明显的降低效果，其加入量都要大大的超过一般的施肥量，使污染土壤的pH值升高到7左右，过多的加入此物质将会对土壤的肥力质量产生一系列的负面影响，如使土壤板结，结构性能变差，加速土壤中有机物质和氮素的消耗，降低如Cu、P、B等植物生长必需元素的有效性，提高一些污染元素的有害性等[12]。土壤肥力质量的恶化，会影响植物正常的生长，降低其产量及品质。而前面所述的有机类稳定剂正好可以弥补这类不足，有机物质中的腐殖质能和重金属形成络合物，能在一定程度上降低重金属离子的植物有效性，同时有机物质的添加能提高土壤的肥力质量，改善土壤的结构，为植物的生长提供更有利的环境。

将磷酸盐等无机类物质与有机物料相结合，既能发挥前者对污染土壤中重金属较强的拟制效果，又能发挥有机物质对土壤肥力质量较强的调节功能，从而形成对酸性污染农田土壤更好的改良效果。这就是所谓的有机中性化技术。相关研究表明，稳定剂配施要比单一施用的修复效果好。李瑞美等[13]通过田间定位试验，采用钙镁磷肥、泥炭、猪粪及钙镁磷肥与后两者的配施处理对污染农田土壤进行改良，试验表明，钙镁磷肥及其分别与泥炭、猪粪的配施处理对提高作为产量均有显著性的效果，钙镁磷肥与有机物料的配施对降低水稻和花生镉铅含量效果最好，强于单施碱性稳定剂或有机物料。

3 结论及研究展望

目前，酸性土壤稳定剂修复大多处在实验室人工模拟的污染土壤环境下进行，稳定剂修复机制的研究还不够透彻，应结合大田污染土壤的原位修复试验，依据XRD、XPS、XAFS等对改良后的土壤进行内部结构分析，从微观的角度上去探明反应机制。结合具体的作物，进一步确定修复效果及用量水平，同时在实地污染土壤的修复过程中还需要解决怎样监测评估重金属生物有效性的变化及怎样保证和控制长时间的稳定化效率等问题。单一的修复方法难以达到理想的效果，与植物修复、微生物修复等进行多学科合作将是重金属污染土壤修复的关键。

[1]陈婧,王博,郭昱言,等.土壤重金属污染及其修复技术研究[J].中国环境管理干部学院学报,2010,20(5):66-67.

[2]韩德飞.石灰与有机物料配施对镉_铅_锌污染土壤的修复效果研究[D].福建农林大学,2010.

[3]王立群.镉污染土壤原位修复剂及其机理研究[D].首都师范大学,2009.

[4]邱廷省,王俊峰,罗仙平.重金属污染土壤治理技术应用现状与展望[J].四川有色金属,2003,19(2):48-52.

[5]陈晓婷.几种改良材料对镉铅锌污染土壤上小白菜生长及元素吸收的影响[D].福建农林大学,2002.

[6]Pichtel J,Bradway D J.Conventional crops and organic amendments for Pb,Cd and Zntreatment at a severely contaminated site[J].Bioresource Technology,2008,99:1242-1251.

[7]Narwal R P,Singh B R.Effect of organic materials on partitioning, extractabilityand plant uptake ofmetals in an alumshale soil[J].Water, Air and SoilPollution,1998,103:405-421.

[8]Zizhong Zhang,Mengyan Li,Wei Chen,et al.Immobilization of lead and cadmium from aqu-eous solution and contaminated sediment using nano-hydroxyapatite[J].Environmental Pollution,2010,158: 514-519.

[9]Cao XR,Ma LQ,Chen M,et al.Phosphate-induced metal immobilization in a contaminated site[J].Environ Poll,2003,122:19-28.

[10]Jurate Kumpiene,Anders Lagerkvist,Christian Maurice.Stabilization of As,Cr,Cu,Pb and Zn in soil using amendments A review[J]. Waste Management,2008,28:215-225.

[11]王碧玲,谢正苗,孙叶芳,等.磷肥对铅锌矿污染土壤中铅毒的修复作用[J].环境科学学报,2005,25(9):1189-1194.

[12]梁巧凤.石灰和泥炭对土壤镉_铅_锌_铜有效性的影响极其机理研究[D].福建农林大学,2010.

[13]李瑞美,王果,方玲.钙镁磷肥与有机物料配施对作物镉铅吸收的控制效果[J].土壤与环境,2002,11(4):348-351.