天然草海河湖污泥對(duì)鉻污染土壤影響的研究

張 瑜，季宏兵，張 言，李 旭，于 桐

(北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

1 引言

Cr作為“五毒重金屬”之一，其污染具有來(lái)源廣泛、易于積累、作用隱蔽等特點(diǎn)，造成對(duì)土壤污染也呈現(xiàn)出作用周期長(zhǎng)、毒性大且不易降解的特征，是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的問(wèn)題[1]。

河湖污泥是一種含腐殖質(zhì)的天然吸附劑，主要由黏土礦物、腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、活性金屬氧化物組成，表面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶有多種活性官能團(tuán)，能夠與金屬離子發(fā)生沉淀、表面絡(luò)合、離子交換等過(guò)程，可用于去除水體和土壤中的重金屬[2]。土壤中可交換態(tài)的重金屬移動(dòng)性和生物有效性強(qiáng)，是衡量土壤污染程度的重要指標(biāo)，從降低重金屬可交換態(tài)的含量以及增加殘?jiān)鼞B(tài)的含量，可在一定程度上減小重金屬的有效性，減小對(duì)土壤系統(tǒng)的傷害[3]。探討具有前景的天然污泥吸附劑對(duì)于重金屬的去除以及污泥的資源化利用具有重要意義。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 供試材料

供試材料：供試土壤取自北京科技大學(xué)試驗(yàn)站，供試材料取自于貴州草海風(fēng)景區(qū)，并命名為WN3。采集0～10 cm表層土，自然風(fēng)干，剔除植物根系、石塊等雜物，過(guò)5 mm篩。土壤有機(jī)質(zhì)為9.95 mg/kg、pH值為7.15、含水率2.76%、總Cr為68 mg/kg。WN3pH值為7.54、BET比表面積為27.72 m2/g、平均孔徑11.67 nm。

供試重金屬元素為Cr，試劑為K2Cr2O7(分析純)。

2.2 Cr污染土壤的培養(yǎng)

將預(yù)處理后的土壤樣品裝入塑料盆，每盆裝200 g，設(shè)置4個(gè)Cr濃度處理:0(Cr0)、100(Cr1)、200(Cr2)、300(Cr3)mg/kg，攪拌混勻，室溫培養(yǎng)1個(gè)月，保持土壤含水率。

1個(gè)月后得到人為Cr污染土壤，每個(gè)Cr(VI)濃度下各設(shè)置WN35個(gè)投加量的處理，0%、0.5%、1%、2%、5%，每個(gè)處理重復(fù)3次，并攪拌混勻。在加入WN3后0、15、30、45、60 d取Cr污染土壤樣品，烘干、研磨、過(guò)篩，編號(hào)裝入自封袋，一部分測(cè)定土壤的pH值；另一部分用BCR連續(xù)浸提法分析Cr(VI)各個(gè)賦存形態(tài)含量的變化。

2.3 土壤重金屬形態(tài)分析

BCR 連續(xù)提取法把土壤重金屬形態(tài)分為酸提取態(tài)(Wa)、可還原態(tài)(Wred)、可氧化態(tài)(Wo)、殘?jiān)鼞B(tài)(Wres)，各形態(tài)穩(wěn)定性依次升高[6]。本實(shí)驗(yàn)按照 BCR法連續(xù)提取穩(wěn)定后受污染土壤中Cr的各種賦存形態(tài)。

3 結(jié)果與分析

3.1 施加WN3對(duì)Cr污染土壤pH值的影響

在培養(yǎng)過(guò)程中施加不同量WN3對(duì)Cr污染土壤中pH的影響結(jié)果顯示：無(wú)施加WN3土壤pH值隨著初始Cr升高而逐漸增大，且濃度為Cr3對(duì)照組與其它濃度對(duì)照組有明顯不同。而在相同Cr濃度下，隨著WN3施加量的升高土壤 pH 值也逐漸升高。在 Cr0、Cr1、Cr2和5%WN3處理時(shí)，與對(duì)照相比達(dá)到顯著性水平；各WN3投加量在Cr3處理下無(wú)顯著性差異，當(dāng)為5%WN3時(shí)土壤pH值達(dá)到最大，從對(duì)照的7.15提高了0.54。因此，當(dāng)Ccr較低時(shí)，施加WN3對(duì)pH值影響較明顯，但當(dāng)Ccr處于較高水平時(shí)，WN3對(duì)pH作用較小。

3.2 施加污泥材料對(duì)污染土壤中Cr賦存形態(tài)分布的影響

利用BCR連續(xù)提取法分析不同處理?xiàng)l件下土壤中Cr各個(gè)賦存形態(tài)含量的變化。結(jié)果表明，空白對(duì)照組土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，分別占31.4%、42.9%，其次是Wo，占土壤總鉻的17.2%。在不施加WN3處理下隨著Ccr的增加，各形態(tài)Cr所占百分比都逐漸增大。

圖1、2、3分別表示Cr1、Cr2、Cr3處理下不同WN3添加量對(duì)Cr各種賦存形態(tài)的影響。圖1表明在不同WN3投加量都會(huì)影響土壤中Cr的Wa含量，但Wo和Wred含量的波動(dòng)并不顯著。Cr1處理時(shí)，除2% WN3處理外，其它處理Wa的Cr與對(duì)照相比均顯著降低，Wred也有所降低，Wo有增加有減少，而Wres均隨著添加量的增加而增加。

圖2可以看出，Cr2處理時(shí)，Cr主要是Wres和Wa，含量均在32%以上，其次為Wo，而遷移能力較強(qiáng)的Wred的含量則較低。添加WN3使Cr的Wa和Wred百分比降低，Wres和Wo百分比增加。各不同添加量的處理下，當(dāng)為2%WN3時(shí)Cr的Wa與對(duì)照組顯示明顯差異。這可能是由于添加WN3會(huì)使Cr形成沉淀，而減輕了Cr的生物有效性。

由圖3可知，Cr3處理下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的進(jìn)行，不同的WN3添加量對(duì)土壤Wred的Cr影響較小，卻減小了Wa的百分比，提高Wres和Wo Cr的百分比，從而減小Cr的活性，降低Cr對(duì)環(huán)境系統(tǒng)的有害性。結(jié)合圖1、2、3可以看出，WN3對(duì)土壤Cr的Wa、Wred影響程度隨著Cr處理濃度的增大而增大，在5%WN3、Ccr3處理下Cr的Wa形態(tài)與對(duì)照組的差異最為明顯。

圖1 Cr1處理下不同WN3添加量對(duì)Cr各種賦存形態(tài)的影響

圖2 Cr2處理下不同WN3添加量對(duì)Cr各種賦存形態(tài)的影響

圖3 Cr3處理下不同WN3添加量對(duì)Cr各種賦存形態(tài)的影響

4 結(jié)論

添加不同量的天然河湖污泥材料對(duì)受不同程度重金屬Cr污染土壤的pH值有明顯的影響。在不添加WN3時(shí)，Cr含量與土壤pH值有一定的正相關(guān)。當(dāng)施加WN3后，對(duì)低濃度Cr處理的土壤 pH值有顯著影響，但在高濃度Cr處理下，WN3對(duì)土壤pH影響較小。

不添加WN3和外源Cr時(shí)，土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，其次是 Wo、Wred；在不添加WN3時(shí)，隨著Cr濃度的增加，土壤中Cr的各形態(tài)含量均有所提高；施入不同量的WN3均不同程度降低了土壤中Cr的Wres和Wa含量，影響程度大小隨著Cr處理濃度的增大而增大，且與對(duì)照組有顯著性差異，但Wo和Wred的變化并不顯著。