重金属污染土壤修复中的固定化试剂应用探析

＊吕立盈

（梧州市产品质量检验所 广西 543003）

土地是国民赖以生存和发展的重要基础资源，土地的土壤质量变化直接影响到人类在使用土地中的安全性与可靠性，特别是随着工业化发展的不断加深，大量废弃物的排放，大量农药的施用让很多重金属成为土壤中的重要污染因素。据有关数据研究显示，我国土壤受污染后的无机污染物超标点位可占总点位数的83%左右。主要的土壤重金属污染物为镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等。一旦重金属元素超标，就会因长期滞留、无法有效转移、不易降解而直接恶化土壤质量，最终可能经由水、可食用植物等途径被人类食用，直接出现不可预估的健康危机。为此，如何让修复技术更有效果，值得深入探讨。

1.重金属污染土壤修复应用固定化试剂的可行性

当前，人们对重金属污染的土壤修复提出了不少技术性措施，主要形成三种思路。第一种思路认为：应从物理、生化学科的角度出发，直接去除土壤中的重金属，虽然该思路下能够有效降低污染元素总量，但其缺点在于需要投入更大的成本与代价。第二种思路认为：应合理实施隔离方案，选用更有代表性的防渗透渗漏材料，将已经受重金属污染的土壤与周围未被污染的土壤进行隔离，从而切断重金属的流通渠道与途径，避免因污染扩散形成多次污染，缺点在于对防渗透渗漏材料的技术及工艺要求更高。第三种思路认为：可主动向已受污染区域的土壤中投放不同类型的固定化试剂，使用土壤原位固定化修复的方法，通过固定剂对重金属元素的有效吸附沉淀等作用，直接将重金属元素固定在已污染的土壤层中，降低随意扩散转移的风险。通过对三种方案的研究可知，采用固定化试剂来修复重金属污染的土壤能够发挥出更有效的作用，不仅在技术专业性上要求不高，对成本的投入量也使用不大，同时还能够较直观地完成不同浓度的土壤重金属污染。

从第三种思路的作用原理上来分析，采用固定化试剂后，能够针对不同种类土壤污染重金属的生物有效性进行抑制和降低处理。通常，重金属的生物有效性与重金属在土壤中的形态有直接关联，在一些研究中，土壤重金属按不同形态来排列生物有效性的顺序依次为：残渣形态＜有机物形态或硫化物化学反应结合形态＜铁锰元素氧化物结合态＜碳酸盐等盐类结合态＜水溶态等可交换形态。一旦在土壤中放入足量的化学固定剂，试剂将与重金属污染物进行自用，催化重金属在土壤中的形态不断变化，从而影响生物可利用性趋小转化，能够不断降低重金属对其他生物的毒害性，实现修复土壤之目的。

2.固定化试剂在重金属污染土壤修复中的应用

不同类型的固定化试剂与重金属的作用机理并不完全相同，因此，固定化试剂在重金属污染土壤修复中的应用要结合具体的固定剂类型来阐述。

(1)无机类固定化试剂

①黏土矿物类。国内的黏土矿物质具有高储量、多品种、低成本、高分布性等特征。偶遇黏土颗粒一般小，且孔隙率高，能够展现超强重金属吸附性能。同时，黏土矿物的层状结构所展现的不规则缺陷，也能够发挥吸附能力，经过必要的离子替换、吸附等作用，可直接固定重金属，并在土壤中切断转移可能性，从而修复土壤。事实证明，黏土矿物为主的固定化试剂，能够确保土壤颗粒保持紧凑密实的结构，从而提升蓄水持肥能力。随着土壤固化剂培养试验周期的延长，土壤的自然呼吸作用与土壤中的微生物含量出现显著提升。

②碱性环境物质环境。研究表明，重金属在典型的碱性物质环境中，会形成结合形态的化合物，该物质往往不易溶解，也就无法体现明显的转移流动性，毒害能力也大大衰减。生活生产中常见的碱性物质包括石灰、粉煤灰、燃煤炉渣以及红泥等。这些碱性固定化试剂能表现出较理想的吸附、沉淀、氧化还原作用，同时还能够直接与土壤质子发生变化，提升土壤碱性，确保土壤中的重金属元素的成盐沉淀，改善生物有效性后进一步修复土壤毒性。

具体到几种常见碱性物质的固定剂表现，还有一定的差异性特征。如石灰所体现的修复效果主要作用原理在于主动提高土壤碱性，改善酸碱度，使得土壤颗粒或胶体的表面能够对重金属离子增强吸附力，而且催化形成包含重金属元素的氢氧化物与碳酸盐。而粉煤灰作为常规燃料的废弃物，表面活性被不断激发和释放，同时还有丰富的Fe、Al元素氧化物，体现出非凡的碱性特征与吸附力，进而完成土壤重金属固定。对铝土矿石而言，完成铝材提炼的过程中会产生红泥，这种物质也是十分理想的碱性物质，利用酸碱度的调整来显著降低可溶性的重金属浓度。

③磷酸盐类化合物。磷酸盐类物质多见于磷酸(H3PO4)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、磷酸二铵((NH4)2HPO4)、单钙磷酸盐、二钙磷酸盐、磷酸三钙Ca3(PO4)2等，这些材料会因溶解性的不同而各有差别，可具体细化为易溶型、中度可溶性、不可溶解性。磷酸盐类化合物作为固定化试剂后，特别能够对铅元素产生作用明显的固定效果，以磷酸盐沉淀的形式达到土壤修复的效果。

④氧化物类固定。利用金属氧化物的思想来完成土壤修复固定化方法的探讨，主要是对含有铁、铝、锰等金属元素的氧化物或相关矿物质而言。通过氧化物与土壤中各种污染中重金属的作用，前者能够直接对后者产生化学专性吸附，将不同类别的重金属元素能够直接围绕氧化物结构中特有的晶格层间完成集聚和固定，具有理想的吸附效果，完成了受污染土壤的修复。

(2)有机类固定化试剂

有机固定剂是受重金属污染的重要土壤修复技术。主要是看重有机材料能够释放独特的特异述性或非特异性的吸附位点，通常能够基于COO、=PO4、–S–、–O–等各类活性基团，增强与重金属之间的化学作用，特别是以配位体的形式发生围绕重金属的络合或螯合作用，从而得到性能稳定、结构稳定的络合物或大量的有机配位体，这样就能达到降低重金属污染土壤中的重金属含量。与此同时，枯枝落叶中的大量碳元素有机物质。可作用在土壤中直接提升肥力，间接降低重金属转移流动性，直接提升微生物活性，进一步增强了土壤质量。

结束语

重金属污染土壤的修复工作并非一朝一夕之事，而可看作是一项系统工程，因此需要各种不同技术之间相互配合才能达到预期的修复效果。未来人们应该基础坚持探索原位化学固定等多种修复技术，以求能够更好地提高土壤修复的综合效率。

•【参考文献】

[1]陶雪,杨琥,季荣等.固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用[J].土壤,2016,48(1):1-11.

[2]孙约兵,徐应明.海泡石对镉污染红壤的钝化修复效应研究[J].环境科学学报,2012,32(6):1465-1472.