土壤重金属污染钝化修复技术的研究

陈云云

（化工部长沙设计研究院 湖南长沙 410000）

土壤重金属污染钝化修复技术的研究

陈云云

（化工部长沙设计研究院 湖南长沙 410000）

钝化剂的使用成本低廉、效果快速、操作简单，因此已经逐渐被应用于土壤重金属污染修复中。对此，本文首先介绍了土壤重金属污染治理现状，然后对钝化剂对土壤重金属的主要形态的影响进行了分析，并具体探究了土壤重金属污染钝化修复技术的应用。

土壤；重金属；钝化

1 引言

现如今，工业化进程不断加快，大量重金属离子对土壤环境造成了严重污染，不仅会导致土壤生产力下降，而且还会通过生物富集作用危害人类健康，因此，修复和再生重金属污染土壤至关重要。

2 土壤重金属污染治理现状

现如今，对于重金属污染土壤的治理主要有两种方法：①将污染物清除，即将污染物从一个地方转移至另一地方；②将污染物钝化，即从可溶态或可交换态转变为难溶态，有效减少污染物在土壤中的迁移性和生物可利用性。现有的土壤修复技术包括换土法、化学修复、生物钝化、电修复和热修复等方法。其中生物钝化技术指的是将土壤中的细菌及真菌通过生物吸附固定、溶解、氧化还原等降低重金属的可交换态，具有不存在二次污染，对土壤破坏小等优点。因此对重金属污染土壤进行钝化修复，有利于降低土壤环境中的重金属的含量，从而减少其在农作物中的累积，对于改善土壤环境具有十分重要的实用价值。

3 钝化剂对土壤重金属的主要形态的影响

3.1 钝化剂对土壤重金属可交换态的影响

生物有效性和重金属形态有相关性，会随形态的不同而产生变化，最容易被生物利用的重金属形态就是可交换态。研究人员发现，采用石灰处理污染土壤后，发现土壤中可交换态的Zn和Cd含量会显著降低。

有机质对重金属污染的土壤的治理方式主要是通过形成不溶性金属-有机复合物、增加土壤阳离了交换量（CEC）、降低土壤中重金属的水溶态及可交换态，进而降低土壤中重金属的生物有效性。因此，常用钝化剂如石灰类属于无机—有机混合稳定剂对土壤可交换态的影响已经相对稳定，并且取得了比较明显的应用效果。

3.2 钝化剂对土壤重金属碳酸盐结合态的影响

重金属的碳酸盐结合态对农田土壤环境中的pH最为敏感，当pH下降时易重新释放出来而进入土壤环境中，相反，pH升高有利于碳酸盐的生成。施用石灰或碳酸钙主要目的是提高土壤pH，使土壤中重金属元素Cd和Hg以及微量元素Cu和Zn等形成氢氧化物或碳酸盐类沉淀。当土壤pH＞6.5时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。根据研究表明，随着pH的升高，土壤重金属可被生物利用性下降，主要原因是土壤pH的上升会提高土壤有机/无机胶体和粘粒对重金属离了的吸持能力。

3.3 钝化剂对土壤重金属铁—锰氧化物结合态的影响

铁锰氧化物结合态重金属一般是以矿物的外囊物和细粉散颗粒存在，活性的铁锰氧化物比表面积大，吸附或共沉淀阴离了而成。铁锰氧化态重金属含量随pH的升高缓慢增加，当pH＞6以上，则含量随pH升高迅速增加。当pH小于零点电荷时，胶体表面带正电，产生的专性吸附作用随产生正电荷的增加而削弱，从而对重金属的吸附能力增加缓慢。当pH升到氧化物的零点电荷以上，胶体表面带负电荷，对重金属的吸附能力必然急剧增加，铁锰氧化物结合态主要体现了人类活动对自然环境的污染。

3.4 钝化剂对土壤重金属有机结合态的影响

一般认为，重金属有机结合态主要和土壤中的有机质含量有关。当土壤中有机质含量增加后，会促使土壤中重金属由碳酸盐结合态转化成为有机结合态。土壤有机质可与重金属进行络合-鳌合反应，一般当重金属离子浓度较低时，以络合、鳌合作用为主。钝化剂对有机结合态重金属的钝化形式主要采用营造土壤氧化环境的方式，促使有机结合态重金属分解释放，从而得到很好的钝化效果。

3.5 钝化剂对土壤重金属残渣态的影响

残渣态重金属一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物土壤晶格中，是自然地质风化过程的结果。在农田土壤中以残渣态存在的重金属一般不容易被种植的作物吸收，但是残渣态的重金属在农田土壤中也不易分解，只有通过施用钝化剂促使其与重金属残渣态发生反应，进而产生预期效果。

4 土壤重金属污染钝化修复技术应用研究

4.1 石灰在土壤重金属钝化技术中的应用

石灰是用碳酸钙含量较高的原料经900～1000℃锻烧而成的碱性无机物.通过提高土壤pH值来降低重金属在土壤中的危害性，是一种主要的土壤重金属钝化修复措施，尤其是在偏酸性的土壤中，而石灰类钝化剂（包括生石灰、熟石灰、石膏等）是这类钝化修复措施中应用最为广泛的无机钝化剂。石灰进入土壤后，主要通过多种吸附过程和沉淀形成难溶性盐这两类方式降低土壤重金属的生物有效性。不少学者的研究表明，石灰的施入可以较快降低土壤中多种重金属迁移性和环境毒性，尤其是对Cd的钝化，主要原因在于难溶性碳酸镉的生成以及添加石灰促进Cd2+水解，而土壤对水解产物Cd（OH）+的吸附效果更好。研究表明，土壤施入石灰后，pH上升了20%左右，Cu、Zn的有效态与对照组相比分别降低了92.3%和87.6%。石灰的施入也可以有效降低植物中重金属的含量，根据试验研究，试验种植油麦菜Pb的含量比对照组下降了20%左右。但长期施用石灰可能破坏土壤团粒结构，影响土著微生物的丰度和群落结构，造成土壤板结和养分流失，因此，在使用石灰作为土壤重金属钝化剂时，应该注意用量和施用周期，与有机质、微生物肥料复合使用或适当选取两种作物套种可以削弱因石灰的施入而引起的负面作用。

4.2 粉煤灰在土壤重金属钝化技术中的应用

粉煤灰是从化石燃料燃烧后的烟气中收集起来的细灰，呈碱性，富含铁硅铝酸盐，颗粒呈多孔型蜂窝状结构，比表面积较大，具有较高的吸附活性和吸水性。粉煤灰的比表面积一般可以达到3400cm2/g，这一特点使其对土壤中的无机污染物有较好的吸附作用，通常作为酸性土壤的重金属钝化剂使用。但根据研究表明，中性土壤中粉煤灰的施用也可以有效钝化土壤中的Cu、Cr和Cd。另外，通过露天盆栽试验表明，粉煤灰施入土壤后，所种植的油麦菜叶片内多种重金属的含量与对照组相比下降了30%左右。除此之外，将粉煤灰施入土壤，还有助于增加土壤微生物的活性、降低土壤养分淋失，缓解土壤酸化，促进根际硝化反应，降低根际A13+毒害作用，促进作物生长，工业生产活动提供丰富的粉煤灰来源。

4.3 有机肥在土壤重金属钝化技术中的应用

有机肥在土壤重金属钝化中的应用主要是因为其重金属络合作用，此外，有机物的施加还可以通过增加土壤CEC降低重金属的生物有效性，有机肥富含芳香结构，在腐熟程度较高的有机肥中含量可达到3%，其上有大量的含氧基团和氨基，这为重金属的络合提供丰富的配位基，含氧基团对重金属的静电吸附作用也降低了重金属的迁移能力，即使在pH低至3.9的土壤环境中，有机肥的添加依旧可以有效降低土壤Cu和Pb的淋溶性和迁移能力，其效率分别达到74.5%和61.0%。长期施用有机肥可以促进土壤中水稳定性团粒结构的形成，增强土壤固碳能力，增强土壤抵抗力与恢复力。

4.4 生物炭在土壤重金属钝化技术中的应用

生物炭指的是生物质如木材、农作物废弃物、植物组织或动物骨骼等在缺氧和相对温度较低（＜700℃）条件下热解炭化形成的产物，其较低的生产温度和农艺价值使其与木炭区分开，生物炭呈碱性，可溶性极低，具有高度竣酸酷化和芳香化结构，拥有较大的孔隙度和比表面积，将其作为改善土壤质量、吸附污染物的钝化剂施入农田土壤，不仅可以降低重金属对作物和人畜健康的危害，还可以减少土壤养分淋失、促进土壤团聚体形成、改善土壤质量、增加农作物产量、提升土壤储存有机碳的能力、增加土壤固碳效率和土壤碳库含量。人们日常生活为生物炭的生产提供了大量的原料，据估计每人每年产生的有机废弃物约为200kg，将有机废弃物以生物炭的形式施入土壤也是市政、农业垃圾的一种可持续发展的处置方法，能够有效节约因垃圾填埋而占用的土地资源。

5 结语

在土壤污染治理工程中，钝化修复技术具有独特的应用优势，钝化技术极具发展潜力和应用前景，在土壤重金属环境治理中，应该结合实际情况选用具体的钝化技术，这样才能有效开展重金属污染防治工作。

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[3]康宏宇，林健，张乃明，等.不同钝化材料对重金属污染土壤的钝化效果研究[J].中国农学通报，2015（35）：176～180.

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1004-7344（2016）13-0293-02

2016-4-25

陈云云（1984-），女，助理工程师，本科，主要从事技术设计工作。