采用固定劑修復重金屬污染土壤的效果分析及應用實例

鄭得鳴 范唯

摘要：土壤資源由于受到過分開發，重金屬污染問題日趨嚴重。現階段，重金屬污染土壤修復技術的應用越來越廣泛，向被污染的土壤中滴加固定化試劑能夠與土壤中的重金屬物質形成離子交換等反應，進而將重金屬固定在被污染的土壤中。本文研究中以各類固定劑對土壤中重金屬離子固定作用的不同為引入，利用對比分析法，同時結合實例，對不同固定劑的作用進行闡釋，最后分析了固定劑對重金屬的固定效果，并提出理論展望，以供參考。

關鍵詞：土壤修復;固定劑;重金屬污染;應用

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-00-02

Abstract：Due to over-exploitation of soil resources， the problem of heavy metal pollution has become increasingly serious. At this stage， the application of heavy metal contaminated soil remediation technology is more and more extensive. Adding immobilized reagents to contaminated soil can form ion exchange reaction with heavy metal materials in the soil， and then fix heavy metals in the contaminated soil. In the study， the different fixation effects of various fixatives on heavy metal ions in soil were introduced. The effects of different fixatives were explained by comparative analysis and examples. Finally， the fixing effect of fixatives on heavy metals was analyzed. Theoretical outlook for reference.

Key words：Soil remediation;Fixative;Heavy metal pollution; Application

隨著社會經濟的發展，土壤資源受到工業廢渣等污染物的危害，重金屬污染程度越來越大。根據相關文件顯示，在全國范圍內經過調查研究的約6.3億公頃陸地中，土壤的污染程度超標率為16.1%。根據無機污染物的超標點位數值大小看，主要的無機重金屬污染物有Cd、Hg、As、Cu等。在土壤中這些重金屬污染物的移動性較差，且會滲透到植物的根部，會由植物介質等進入人體，影響到人體的健康。本文將以各類固定劑為研究對象，分析在重金屬污染土壤修復中的修復機理及研究現狀，同時為原位固定修復技術的實際應用及發展提供理論依據。

1 不同類型固定劑在重金屬污染土壤修復中的效果分析

自由態的重金屬對于土壤的危害是最大的，從土壤修復的原理進行分析，部分易與重金屬發生吸附、沉淀和離子交換等反應的物質可以作為固定劑材料，進而將重金屬離子轉化成為危害性較低的結合形態物質。

1.1 有機類固定劑

有機類固定劑在重金屬土壤修復中可以起到非常積極的作用。對于有機類的固定劑，一般存在特異性和非特異性的吸附點，同時含有多活性的基團結構，且由于配位體與金屬結構之間存在一定的連續性，因此會形成具有一定穩定性的有機配位體結構。

1.1.1 天然有機物質

用天然有機物質作為固定劑是最為常用的，可以采用動物的糞便及農作物廢棄物等，其應用過程中的成本較低，因此應用較為廣泛。例如，不同添加量的豬廄肥，對于土壤中外源性的重金屬能夠提升其形態轉化能力，同時能夠提升農作物的產量;此外，有研究表明，在堆肥、蘑菇渣和污泥的對比實驗中，結果顯示污泥固定化效果較好，有機質含量高。但是在土壤有機質分解條件及環境較好的情況下，如堆肥、污泥等物質固定重金屬離子的能力會大幅下降。

1.1.2 生物炭

生物炭經過炭化后，能夠有效地增大土壤的比表面積，從而增強土壤的吸附能力。由于在與重金屬進行作用的過程中，能夠與土壤表面中所含有的-COOH、-COH和-OH等含氧官能團進行作用，實現配位能力，會有助于提升土壤的pH值，達到堿化的效果，因此能夠很好地降低土壤中重金屬物質的移動性。

此外，在相同的環境、溫度及pH值作用的過程中，會由于原材料的不同導致土壤表面結構、pH值等均具有一定的差異性。

1.2 無機類固定劑

1.2.1 黏土礦物

黏土礦物在我國分布廣泛，礦藏資源豐富，相對來說價格較低，由于其對重金屬離子有較強的吸附性，因此被廣泛應用。黏土礦物從物理結構上分析，屬于多層結構，且每層中間都包含有相應的無機陽離子，加上多量的氧原子暴露在晶體的表面，這樣就形成了晶體的缺陷，使得其具有很強的吸附能力。以海泡石（Mg4Si6O15（OH）2·6H2O）為例，由于其是一種天然的水合硅酸鎂黏土，因此整體結構中具有一定的穩定性，它的整個結構單元主要以硅氧四面體和鎂氧八面體組成，且呈現出一定的交替變換狀。根據我國研究學者對于海泡石應用所進行的實驗研究，在施用海泡石和未施用海泡石的兩組土壤中，相比較可以得出，施用了海泡石以后，土壤結構的pH值有所提升，并且抑制了植物根部對于重金屬物質的吸收。再例如天然沸石在重金屬土壤修復中的應用程度更高，且由于其屬于多堿性的含有鋁硅酸鹽的物質，因此在整體性的結構點位上可以進行中和反應，從而會產生有很強的吸附效果。此外在天然沸石施用的過程中，也會使得土壤的pH值升高，從而能夠有效的降低Cu、Zn、Cd、Ni、Pb等重金屬物質的浸出量。

1.2.2 堿性物質

提升土壤環境中的pH值能夠促使重金屬合成為溶解性差的物質，進而降低其溶解性，同時毒性也會大大降低。石灰、紅泥、爐渣等均可作為堿性類的固定劑材料。這些堿性物質在應用的過程中，其主要作用是將土壤中的重金屬離子進行吸收，這樣能夠降低土壤中重金屬離子的濃度;另外，由于土壤中的質子被消耗，會使得土壤的pH值顯著性提升，促進重金屬離子的吸附，并能夠有效地降低其毒害。因此可以得出結論：土壤中的pH值越高，重金屬的吸附效果越好，但是當pH值增高到一定程度后，會因為土壤的堿化，導致整個土壤結構遭到破壞，反而會使得重金屬的移動性增高。

2 固定劑在重金屬污染土壤修復中的應用實例分析

本章節研究選取某地區的供試土壤，同時利用新型TMT（三巰基均三嗪三鈉鹽）-硫酸鐵復配混合物為化學固定劑對土壤進行修復分析。

2.1 材料與方法

供試土壤pH值選擇在8以下，且呈現出中性及偏堿性，同時供試土壤中的重金屬含有Pb、Cd、As，其含量不等，且沒有規律性。

2.2 實驗儀器及藥劑

實驗藥劑主要涉及到固定劑TMT、硫酸鐵和三乙醇胺等，其中TMT為TMT15%的水溶液。實驗儀器包含有pH計、分光光度計等。

2.3 實驗流程

首先對供試的土壤進行采樣，要求采取的土壤在15cm深度以內，且需要平鋪在干凈的紙上，土樣過篩，并裝入經過消毒的試樣袋中。取10個塑料瓶，大小及容量均等，并施加不同濃度的固定劑溶液，分為單一固定劑和硫酸鐵復合固定劑，同時利用離子水調節土壤及固定劑溶液中的水含量，進而風干土樣，研磨過篩，最后進行測定。

2.4 計算方法

用分光光度計測定有效態的重金屬Pb、Cd、As濃度及含量，測定的結果需要結合公式（1）進行計算：

其中c1指重金屬的含量，單位mg/kg，c2為處理后的重金屬含量，單位mg/kg。

2.5 結果與討論

2.5.1 固定劑投加量對于土壤重金屬的固定效果分析

經過試驗，固定的周期為60天，考察了固定劑投加量對于整個試樣土壤中重金屬含量的固定情況，可分析出土壤中的大部分重金屬經過與固定劑的融合反應后能夠生成沉淀，其中有效態的Pb、Cd含量降低了60%～70%。但是經過試驗的觀察，有效態重金屬As卻沒有明顯降低，這主要是由于試樣土壤中的pH值升高，對于As的吸附性逐漸變差。另外由于重金屬Pb、Cd的狀態不穩定，且經過了與固定劑的融合反應，會導致Pb、Cd在浸泡的過程中溶解。

2.5.2 固定劑對重金屬的固定效果

在對試樣土壤投加相應固定劑的過程中，應合理控制土壤含水量在70%左右，且硫酸鐵投加量為35g/kg，固定的周期為60天。經過實驗及計算結果分析得出，投加TMT后，重金屬中Pb、Cd的含量會逐漸減少。當投加的TMT含量在0.1g/kg時，其Pb、Cd重金屬含量趨于穩定，由分析可得出此時Pb、Cd重金屬的去除率可達到90%。同時，投加固定劑后土壤中的有效態As的含量有所減少，這主要是由于硫酸鐵中的物質能夠與重金屬As之間發生化學反應，形成沉淀，進而達到重金屬去除的目的。

由此可以看出，采用不同濃度的固定劑，根據固定劑中物質的不同，試樣土壤中重金屬的去除效果也不同。在以后的實驗研究中，將以土壤中的含水量為主要變量進行研究，探究隨著土壤中含水量的增加，重金屬含量及濃度的變化。

3 結論及展望

要實現土壤修復的高效化，需要結合實際的土壤結構、重金屬含量及外部環境等因素進行量化，做好相應的土壤防治措施管理。在重金屬土壤修復的過程中，應以環境保護為基礎，采用高效、穩定的修復工藝流程，同時應防止給土壤結構帶來二次污染;此外，還要大力創新和開發復合型的固定劑，控制土壤環境中的pH值，提升重金屬土壤修復能力。重金屬土壤修復是一個系統性的工程，需要結合多方面因素分析，從而提高土壤修復技術的高效化應用。

參考文獻

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收稿日期：2019-01-15

作者簡介：鄭得鳴（1987-），男，漢族，研究生，中級工程師，研究方向為環境衛生工程。