酸性土壤中鎘、鉛的穩定劑修復技術

譚 淳

（武漢華正環境檢測技術有限公司湖北武漢430200）

酸性土壤中鎘、鉛的穩定劑修復技術

譚 淳

（武漢華正環境檢測技術有限公司湖北武漢430200）

土壤中鎘、鉛主要來源于工業、農業、生活和交通四類污染源，由于我國酸性土壤總面積約占我國國土面積的22%，而酸性土壤由于酸度大、CEC小、腐殖結構簡單、吸附絡合能力差，導致進入土壤的重金屬離子遷移性很高，因此對酸性污染土壤的治理顯得尤為重要[1]。通過添加穩定劑修復酸性土壤，在短期內效果就很明顯，且具有經濟、無副作用的優點，已被人們廣泛用于中輕度污染酸性土壤的治理中。

鎘；鉛；污染特征；賦存形態；酸性土壤；穩定劑修復

土壤是人類賴以生存的自然環境和農業生產的重要資源。隨著現代工業的快速發展，工業生產所排出的有害物也越來越多，它們能通過不同的途徑進入土壤，通過不斷的積累導致土壤污染嚴重，特別是重金屬污染[2]。過量的重金屬不僅會破壞土壤肥力結構，還可能構成二次污染源，污染水體、大氣、生物，進而通過食物鏈危害人體健康。因此已經引起了世界各國的廣泛重視[3]。

目前，我國酸性土壤總面積高達203×104km2，約占我國國土面積的22%，而酸性土壤由于酸度大、CEC小、腐殖結構簡單、吸附絡合能力差，導致進入土壤的重金屬離子遷移性很高，對整個生態系統構成潛在巨大的威脅，所以對酸性污染土壤的治理顯得尤為重要[1]。

1 土壤中鎘鉛的污染特征及賦存形態

1.1 土壤中鎘鉛的污染特征

土壤重金屬污染具有以下特征：（1）普遍存在；（2）隱蔽強和潛伏周期長；（3）不可逆和不可降解；（4）表面聚集的特性[4]。

1.2 土壤中鎘鉛的賦存形態

土壤是由固體物質包括礦物質、有機質和微生物，液體物質主要是土壤水分，還有存在于土壤孔隙中的空氣構成的三相體系，故土壤中的重金屬賦存形態十分復雜，根據歐盟提出最新的BCR劃分法，對土壤中重金屬形態進行劃分：（1）酸溶態B1（易溶態和碳酸鹽結合態）；（2）可還原態B2（鐵錳氧化物結合態）；（3）可氧化態B3（硫化物及有機結合態）；（4）殘渣態B4土壤中鎘鉛對植物的危害作用不僅與其總量有關，還與其在土壤中所存在的形態相關聯[4]。土壤中鎘鉛的生物有效性為：酸溶態（B1）>可還原態（B2）>可氧化態（B3）>殘渣態（B4）。

2 酸性土壤鎘、鉛的穩定劑修復技術

穩定劑修復技術由于具有短期內效果明顯，經濟、無副作用的優點，已被人們廣泛用于中輕度酸性污染土壤的治理中。

穩定劑修復重金屬污染土壤，主要是通過以下兩種方式進行的：一是通過改變土壤pH、Eh、CEC、有機質等理化性質增加土壤顆粒對重金屬的吸附量；二是穩定劑本身與重金屬發生反應生成溶度積較小的沉淀，降低其在土壤中的遷移性，從而減小對植物的危害[3]。

2.1 有機類穩定劑

有機物料修復污染土壤中重金屬效果具體表現在以下幾個方面：（1）作為重金屬離子的螯合劑[5]，與重金屬離子發生強烈的螯合，阻礙植物的吸收，降低其對植物的活性；（2）有機物料中的有機質能促進土壤中的還原反應，使酸溶態重金屬離子轉化為硫化物沉淀，減弱其危害性；（3）參與土壤中離子交換，提高土壤的CEC和環境容量；（4）為土壤中的生物提供活性物如有機質，有利于土壤微生物的生命活動，穩定土壤結構，間接影響重金屬的行為[5]。

Pichtel等[6]分別使用泥炭、農家有機肥和無機肥對鉛污染土壤進行修復結合種植的幾種蔬菜生長影響實驗，結果表明，施用泥炭能使土壤中鉛轉化為不被植物利用的硫化物及有機結合態鉛和殘渣態鉛，并且泥炭和農家有機肥均有效促進了種植蔬菜根系的生長，三種有機物質能很好的修復重金屬污染土壤。Narwal等[7]則通過泥炭和糞肥的施用發現，兩者均能提高污土中種植的小麥對重金屬銅和鋅的積累。

有機類穩定劑對污染土壤中重金屬固定效果的影響十分復雜，有機物質種類、用量、施加方式、和土壤類型及所處環境條件的不同都可能導致其對重金屬有效性影響的不同，在使用時應充分注意到這些復雜性，合理有針對性的選擇有機類穩定劑的種類。

2.2 無機類穩定劑

在眾多種類的無機穩定劑中，應用最為廣泛的是磷酸鹽類和石灰，它們都屬于堿性物質，主要是通過提高土壤的pH值，與污染土壤內重金屬離子生產碳酸鹽、硅酸鹽和氫氧化物沉淀，其次在一定程度上也增加了土壤顆粒表面電荷，提高鎘、鉛等的吸附容量，從而能有效的擬制鎘、鉛等重金屬的活性，促進植物的生長。

ZizhongZhang等[8]對納米羥磷灰石固定水溶液及污染沉積物中的鎘和鉛效果及機制的研究，證明納米顆粒的羥磷灰石比普通顆粒的更能有效固定鉛和鎘，并對反應生成沉淀物結構進行XRD和XPS分析，得出溶解—沉淀反應是其固定鉛最主要的機制，且主要生成Pb5(PO4)3OH沉淀，表面絡合和深部擴散是有效態鎘減少的主要機制。Cao等[9,10]研究發現在鉛污染土壤中添加磷酸鹽巖石，能顯著降低鉛的有效態含量，約78%的降低是由于反應形成Pb10(PO4)6F2礦物，遠遠大于磷酸鹽巖石本身的吸附絡合作用所減少的量，故新形成Pb10(PO4)6F2是鉛生物可利用性降低的主要機制。王碧玲等[11]通過實驗研究得出改變土壤環境條件特別是pH（3.47～9.15）不會影響磷肥降低鉛危害性的效果，表明使用磷肥修復土壤中鉛污染方法較其他方法更具優越性。

2.3 有機無機穩定劑的配施

很多研究表明磷酸類穩定劑對土壤中鎘鉛等重金屬離子具有非常好的處理效果，但是實際酸性污土的修復中，為了獲得明顯的降低效果，其加入量都要大大的超過一般的施肥量，使污染土壤的pH值升高到7左右，過多的加入此物質將會對土壤的肥力質量產生一系列的負面影響，如使土壤板結，結構性能變差，加速土壤中有機物質和氮素的消耗，降低如Cu、P、B等植物生長必需元素的有效性，提高一些污染元素的有害性等[12]。土壤肥力質量的惡化，會影響植物正常的生長，降低其產量及品質。而前面所述的有機類穩定劑正好可以彌補這類不足，有機物質中的腐殖質能和重金屬形成絡合物，能在一定程度上降低重金屬離子的植物有效性，同時有機物質的添加能提高土壤的肥力質量，改善土壤的結構，為植物的生長提供更有利的環境。

將磷酸鹽等無機類物質與有機物料相結合，既能發揮前者對污染土壤中重金屬較強的擬制效果，又能發揮有機物質對土壤肥力質量較強的調節功能，從而形成對酸性污染農田土壤更好的改良效果。這就是所謂的有機中性化技術。相關研究表明，穩定劑配施要比單一施用的修復效果好。李瑞美等[13]通過田間定位試驗，采用鈣鎂磷肥、泥炭、豬糞及鈣鎂磷肥與后兩者的配施處理對污染農田土壤進行改良，試驗表明，鈣鎂磷肥及其分別與泥炭、豬糞的配施處理對提高作為產量均有顯著性的效果，鈣鎂磷肥與有機物料的配施對降低水稻和花生鎘鉛含量效果最好，強于單施堿性穩定劑或有機物料。

3 結論及研究展望

目前，酸性土壤穩定劑修復大多處在實驗室人工模擬的污染土壤環境下進行，穩定劑修復機制的研究還不夠透徹，應結合大田污染土壤的原位修復試驗，依據XRD、XPS、XAFS等對改良后的土壤進行內部結構分析，從微觀的角度上去探明反應機制。結合具體的作物，進一步確定修復效果及用量水平，同時在實地污染土壤的修復過程中還需要解決怎樣監測評估重金屬生物有效性的變化及怎樣保證和控制長時間的穩定化效率等問題。單一的修復方法難以達到理想的效果，與植物修復、微生物修復等進行多學科合作將是重金屬污染土壤修復的關鍵。

[1]陳婧,王博,郭昱言,等.土壤重金屬污染及其修復技術研究[J].中國環境管理干部學院學報,2010,20(5):66-67.

[2]韓德飛.石灰與有機物料配施對鎘_鉛_鋅污染土壤的修復效果研究[D].福建農林大學,2010.

[3]王立群.鎘污染土壤原位修復劑及其機理研究[D].首都師范大學,2009.

[4]邱廷省,王俊峰,羅仙平.重金屬污染土壤治理技術應用現狀與展望[J].四川有色金屬,2003,19(2):48-52.

[5]陳曉婷.幾種改良材料對鎘鉛鋅污染土壤上小白菜生長及元素吸收的影響[D].福建農林大學,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,謝正苗,孫葉芳,等.磷肥對鉛鋅礦污染土壤中鉛毒的修復作用[J].環境科學學報,2005,25(9):1189-1194.

[12]梁巧鳳.石灰和泥炭對土壤鎘_鉛_鋅_銅有效性的影響極其機理研究[D].福建農林大學,2010.

[13]李瑞美,王果,方玲.鈣鎂磷肥與有機物料配施對作物鎘鉛吸收的控制效果[J].土壤與環境,2002,11(4):348-351.