矿区重金属污染土壤植被重固联合修复方法研究

宋战旺

摘要：为研究化学改性剂－植被重固联合修复方法对矿区污染土壤重金属去除研究，以膨润土、磷酸二氢钾、氢氧化钙为政性剂，土壤上面种植巨菌草进行联合修复。研究改性剂投加量、化学改性剂联合植物修复、化学政性剂联合植物修复时间对土壤中重金属降低幅度。根据实验结果得出，采用化学改性剂重固处理方法对土壤重金属Pb、Zn、Cu固化效率最高。污染土壤经过化学改性剥植物种植联合处理后，土壤中的铅、锌、铜、汞重金属复合农用地土壤污染风险管理筛选值，速到了预期的处理效果，对农作物种植和农作物生长风险低。

关键词：重金属；植被；巨茵萆；重固联合修复

中图分类号：X53 文献标志码：B

前言

目前，国际上公认的重金属主要是铅、铜、镉、汞、铬、镍、锌和砷这8种元素。根据多年的研究，重金属在土壤的含量有限值，包括安全值和风险值。如果其中一种重金属的含量超过规定值时，就会破坏土壤的物理结构和生态系统。能够以不同形态的传播路径进行传播和扩散。因此，矿区附近土壤重金属污染处理迫在眉睫，需要研究一种生态环保、低值有效的方法进行修复处理。

植物修复矿区重金属污染是目前兴起的一种新技术，通过植物自身结构和对重金属富集的信号途径，该方法修复重金属土壤具有一些优点。比如原位修复、效果作用时间长、性价比较高，同时，也存在一些试剂的问题。比如修复后，作物富集重金属后难于生长，修复需要的时间较长，富集重金属的能力有限。实际的修复处理可能达不到要求。因此，采用化学改性剂重固土壤中的重金属联合植物富集的方式来对重金属污染土壤进行修复，是一条很重要的途径。其效果好于单一处理方法，也能互相弥补不同方法的缺陷。

研究针对矿区重金属污染土壤，含有大量的重金属，土壤团粒结构差、缺乏植物生长需要的必要营养元素、微生物系统失衡问题，利用化学改性材料，包括膨润土、磷酸二氢钾、氢氧化钙等，联合植物（苎麻、芦竹、巨菌草），研究复合改性剂联合耐重金属植物对矿区重金属污染土壤进行重固联合修复土壤的有效性。探究该方法对矿区土壤重金属的去除效果及土壤的修复情况，寻找经济环保、有效的矿区土壤修复方法和修复剂。为恢复矿区土壤结构和生态提供依据。

1实验部分

1.1试验材料

1.1.1矿区污染土壤

矿区污染土壤采集四川省某铅锌矿周边的农田土壤，采集土壤厚度为20 cm范围之内，土壤为红壤，pH为6.2。采用土壤Z型多点采样，然后通过混合缩分，风干并过筛后，留存备用。如表1所示矿区周边重金属含量表，如表2所示国家标准GB15618-2018《农用地土壤污染风险管控标准》，土壤pH在5.5

1.1.2化学改性剂

化学改性剂为：工业级KH2PO4石灰（氢氧化钙）。膨润土来自湖南娄底某膨润土矿，该膨润土的主成分含量和物理表征如表3所示。工业级KH2PO4、石灰（氢氧化钙），纯度99%。采购自山东某化工有限公司。

1.1.3改性种植植物

根据文献和专利查询，污染土壤植物修复需要选择一种不作为农作物的作物，且在重金属富集方面有效的植物，根据前期的实验研究，选择巨菌草作为植被重固联合进行修复土壤。

1.2试验设备

等离子耦合发射光谱－质谱ICP-MS（THX-300LN）、紫外分光光度计（TH-1200XS）、电热鼓风烘干箱（DHG-90L）、pH酸度计（PH-101）、高速离心机（TL5000-10S）、电加热振荡器（ZD100-20Q）。

1.3试验设计

1.3.1复合化学改性剂制备

配置氯化钾溶液2L，浓度为1.5 mol/L，加入100 g膨润土搅拌均匀，高速离心后，倒掉上层清液。用纯水对离心管底部的膨润土进行洗涤，然后烘干备用。在200 g纯水中加人浸泡过的膨润土50 g，加人100 g磷酸二氢钾和30 g氢氧化钙，温度设置为80℃，搅拌转速设置为220 rpm，反应60 min。在110℃温度下烘干4h，得到化学改性剂。

1.3.2土壤重金属修复试验

1.3.2.1改性剂加入量效果

取矿区污染土壤，加入不同比例的改性剂，投加量分别为污染土壤质量的1%、3%、5%、7%、10%，然后采用搅拌设备将重金属污染土壤和固化／稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应4 h，反应完成的土壤放置在养护区并覆盖防护网养护10天以后取样检测，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557-2010），对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。

1.3.2.2化学改性剂联合植物修复试验

取矿区污染土壤，加入10%改性剂，然后采用搅拌设备将重金属污染土壤和固化／稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应4h，反应完成的土壤上种植巨菌草，放置在养护区并种植养护30天以后取样检测，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557-2010），对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。

1.3.2.3化学改性剂联合植物修复时间试验

取矿区污染土壤，加入10%改性剂，然后采用搅拌设备将重金属污染土壤和固化／稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应4h，反应完成的土壤上种植巨菌草，放置在养护区并种植养护15天、30天、45天、60天、90天以后取样检测，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557-2010），对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。

2结果与讨论

2.1化学改性剂联合植物修复时间试验

如图1所示化学改性剂联合植物修复实验，采取了改性剂固化联合种植巨菌草处理方式，从处理时间半个月到三个月的时间内，处理时间长短都降低土壤重金属浸出浓度。最佳的修复时间是60天，重金属的降低值为最大。幅度大小为铅>锌>铜>汞>镉。随着修复时间的增加，土壤中的重金属下降幅度迅速增加，60天的修复时间是最佳值，时间再继续增加，重金属的下降幅度变缓。从成本和效果上来说，都不具备实际意义。

2.2巨菌草对土壤重金属吸附率

如图2所示化学改性剂联合植物修复时间试验结束后，对巨茵草的根、茎、叶中的重金属含量进行检测的结果。从图中可以看出，植物种植修复对土壤的重金属富集吸收具有显著性的效果，且巨茵草不同部位对重金属吸附能力表现为根>茎>叶。巨菌草对汞、铅、铜的吸附能力最强，相对的来看，对锌和镉的吸附效果不显著。整个植株对五种重金属的吸附能力在18%-68%之间，配合化学固化剂联合使用，对土壤中的重金属吸附具有显著的效果和去除率。

植物的根、茎、叶无法有效的对重金属进行吸收转换，只能通过叶片中的叶绿素和阳光，通过光合作用合成能量，作为作物生长的物质来源。在整个营养和能量吸附的过程中，植物通过吸收器官从土壤中吸收生命必须的水分和不同的大量元素、中量元素和微量元素，包括无机盐和一些有机的合成物质。但是在矿区污染土壤的重金属，对于可溶性的营养物质的吸收，植物不具备选择性，在土壤中迁移的重金属通过土壤的根部吸收后，分别转移到植物的茎秆和叶片末端。与植物体内的蛋白质合成物、磷酸盐进行反应，形成不同梯度的速度差，进一步导致了重金属在植物不同部位的分布为根>茎>叶。

3结论

采用化学固结－种植巨菌草联合修复方法后，大幅度的降低了土壤中的重金属。根据试验结果，污染土壤经过化学改性剂植物种植联合处理后，土壤中的铅、锌、铜、汞重金属复合农用地土壤污染风险管理筛选值，达到了预期的处理效果。对农作物种植和农作物生长风险低，对土壤和环境的生态依存性也很友好。采取了改性剂固化联合种植巨菌草处理方式，从处理时间半个月到三个月的时间内，不同重金属的降低能力为铅>锌>铜>汞>镉。随着修复时间的增加，土壤中的重金属下降幅度迅速增加，60天的修复时间是最佳值，时间再继续增加，重金属的下降幅度变缓。植物种植修复对土壤的重金属富集吸收具有显著性的效果，且巨菌草不同部位对重金属吸附能力表现为根>茎>叶。