原位穩定化法修復輕度重金屬污染土壤的中試研究

董春枝 彭強輝 竇亞麗

摘要 ? ?為研究原位穩定化法修復輕度重金屬污染土壤的工程可行性，以某輕度重金屬污染的農田土壤為研究對象，開展原位穩定化法修復土壤的中試研究。結果表明，1#固化劑和2#固化劑的修復效果差別不大;固化劑投加量越大，修復效果越好;在一定時間內，投加固化劑后，修復時間越長，修復效果越好。總體而言，在不影響正常生產活動的同時，降低了農田中的重金屬含量，原位穩定化修復對于輕度重金屬污染農田土壤具有一定的優勢。

關鍵詞 ? ?土壤;有效態重金屬;原位穩定化法

中圖分類號 ? ?X53 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）13-0175-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?In order to study the engineering feasibility of the in-situ stabilization method for remediation of mild heavy metal contaminated soil， a farmland soil contaminated with a mild heavy metal was taken as a research object to carry out a pilot study of in-situ stabilization method for soil remediation. The results showed that there was little difference between 1# curing agent and 2# curing agent; the greater the dosage， the better the remediate effect; within a certain period of time， after adding the curing agent， the longer the remediate time， the better the remediate effect. Overall， while not affecting the normal production activities， the heavy metal content in the farmland was reduced， and the in-situ stabilization remediation has certain advantages for the mild heavy metal contaminated farmland soil.

Key words ? ?soil; available heavy metal; in-situ stabilization method

隨著現代社會的飛速發展，越來越多的重金屬進入大氣、水和土壤，重金屬的污染程度日益加劇。農田土壤中重金屬通過土壤-植物系統，由食物鏈轉入人體，含量不斷累積，在很大程度上危害著人的身體健康。與其他土壤相比，農田土壤具有生產力強、污染面積廣、濃度低的特點。為了實現農田的可持續利用，保證人類食品的安全性，對土壤重金屬污染進行修復迫在眉睫。土壤重金屬修復方法主要包括物理修復、化學修復、電動力修復以及生物修復[1]。固化/穩定化是重金屬污染土壤的一種重要的原位修復方法，通過投加固化劑改變土壤中重金屬的存在形態，降低重金屬在土壤中的遷移性、浸出毒性和生物有效性，從而減輕污染物危害[2-3]。目前，土壤重金屬污染涉及面積很大，各種工程修復措施的成本過高，因而發展原位鈍化方法是污染土壤修復的較好選擇[4-7]。

目前，關于重金屬污染土壤固化修復的研究仍存在不足[8]。以往的研究多數針對的是固化劑對重污染企業用地、河道底泥以及復合污染土壤中重金屬的修復效果，對于固化劑對農田的重金屬修復探索較少[9-13]。肖 ?康等[14]研究復合藥劑對復合污染土壤的修復效果，復合藥劑對Pb、Hg、Cr、Cd、Zn、Cu和Ni污染土樣的固化修復具有一定的效果。目前，國內針對農田污染土壤修復的報道仍相對較少。在此基礎上，進一步采用復合藥劑對農田污染土壤進行固化處理，關于其修復效果的研究則更加缺乏。

本文在前期實驗室小試研究基礎上，采用一種復合固化劑，以桐廬某污染農田土壤為研究對象，對土壤中的Ni、Cd、Pb等重金屬進行總量及其有效態研究。通過實驗室小試獲得重金屬固化劑在中輕度污染農田土壤修復工程中的最佳投加劑量、投加頻次等參數，并在中試示范區進行研究試驗，重點考察重金屬固化劑對不同形態重金屬的穩定化性能，為日后中輕度重金屬污染農田治理修復工作提供理論基礎和技術支撐。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?中試區域概況

桐廬縣是浙江省農業“兩區”土壤修復的省級試點，桐廬縣委托專業技術單位對縣域范圍內的農田土壤環境重金屬污染進行了全面的調查、檢測，并依據污染物綜合因子指數將污染農田劃分為輕度污染區、中度污染區和重度污染區。試驗地位于桐廬縣某輕度重金屬土壤污染區，本研究選取輕度重金屬土壤污染區內面積約0.33 hm2的地塊進行現場中試，修復深度為地表下0～50 cm。

1.2 ? ?固化劑原位修復工藝

1.2.1 ? ?工藝介紹。穩定化固化技術是將污染土壤與能聚結成固體的黏結劑混合，從而將污染物捕獲或固定在固體結構中的技術[15]。土壤固化技術主要是依靠固化劑來降低土壤中重金屬的移動性和生物有效性，卻無法將重金屬從土壤中去除，而是以更穩定的形式存在于土壤中。固化技術是按一定的比例將重金屬污染的土壤與固化劑進行混合，通過一定的時間熟化后，最后形成滲透能力很弱的固體混合物[16]。固化劑的種類繁多，主要有水泥、膨潤土、高爐礦渣、硅酸鹽、石灰、窯灰、飄塵、瀝青、赤泥等。固化技術的處理效果與固化劑的比例、組成以及土壤重金屬的總濃度和土壤中一些干擾固化的物質存在有關[17-19]。目前的固化劑主要分為黏土礦物、工業廢棄物、含磷物質、其他礦物材料和復合固化劑這幾大類[20-21]。中試采用原位穩定化處理技術，在中試的試驗田中，投加一定量的固化劑，研究其固化效果。

1.2.2 ? ?藥劑作用原理。采用的固化劑是一種復合固化劑，該固化劑主要由磷酸鈣、磷礦石與粉煤灰、生活污泥成分按一定配比混合而成，具有較好的土壤抗酸堿緩沖能力，降低了重金屬離子的遷移能力，減少了植物對重金屬的吸收。固化劑1#和2#的所含物質成分一樣，但所含物質的比例不同。固化劑的施加能夠降低土壤中交換態重金屬的含量，并且抑制它們的浸出量。

1.3 ? ?樣品采集與分析

本中試采用原位穩定化處理技術，土壤修復時間為60 d。在中試的試驗田中，將試驗田分成5塊，每塊地面積約0.067 hm2，分別標記為CK、T1、T2、T3、T4。每塊試驗田投加固化劑后，通過隨機布點采集表層，多點動態監測土壤中重金屬情況。未投加固化劑作為空白對照組（CK）;T1和T2投加1#固化劑，投加量分別為100、150 kg/hm2;T3和T4投加2#固化劑，投加量分別為100、150 kg/hm2;投加固化劑1次，采樣分成3次，分別在第20天、第40天、第60天。采集的土樣盡快檢測土壤的重金屬含量，通過取樣檢測重金屬有效態濃度，擬合出各劑量下的動態變化趨勢，從而可獲取本穩定劑針對中低濃度污染農田的最佳投藥量和處理效果。

本中試監測的重金屬有鋅（Zn）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鎘（Cd）、鉛（Pb），主要檢測土壤重金屬有效態和總量。重金屬總量采用原子吸收分光光度法測定，有效態的重金屬采用DTPA（二乙三胺五乙酸）浸提劑，螯合浸提出土壤中有效態鋅、銅、鉻、鎳、鎘、鉛。土壤樣品的pH值：電位法測定，pH計，土液比1.0∶2.5，原始土壤測的pH值為6.8，向土壤中施加鈍化劑會使土壤pH值升高，升高范圍為0.18～0.25。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?土壤樣品的重金屬含量和修復后重金屬總量

2.1.1 ? ?土壤樣品的重金屬含量。由表1可知，根據土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（GB 15618—2018）[22]，樣品中Ni、Pb、Cu、Cr、Zn含量均未超過農用地土壤污染風險篩選值;Cd含量超過農用地土壤污染風險篩選值。

2.1.2 ? ?土壤修復后重金屬總量分析。從圖1可以看出，1#和2#固化劑對土壤中重金屬總量的去除均具有一定的效果;固化劑對土壤中的Cu去除效果較明顯，對重金屬Ni、Cd、Pb、Cr和Zn的去除效果不明顯。除重金屬Ni外，1#和2#固化劑投加量越大，重金屬總量去除效果越好，但是考慮到經濟成本，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算;在同等投加量的情況下，2#固化劑對Cu的去除效果略優于1#固化劑，而對于其他的重金屬，1#和2#固化劑對重金屬的去除效果差異不明顯。

2.2 ? ?固化劑對重金屬浸出量的影響

本次試驗研究了投加固化劑后土壤中重金屬浸提液的重金屬含量。通過對加入固化劑與未加入固化劑的浸出液中重金屬含量進行對比，擬合出各劑量下的動態變化趨勢。

2.2.1 ? ?對Zn浸出量的影響。由圖2可知，中試投加固化劑后，1#、2#固化劑對土壤Zn的固化均有一定效果，兩者效果差別不大;對Zn的固化效果與時間呈正比，時間越長，Zn浸出量越少，固化效果越好;同種固化劑，投加越多，固化效果略好，但是考慮成本因素，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算。

2.2.2 ? ?對Cu浸出量的影響。由圖3可知，1#、2#固化劑對土壤Cu的固化均有一定效果，2#固化劑對Cu的固化效果略優于1#固化劑;對Cu的固化效果與時間成正比，時間越長，Cu浸出量越少，固化效果越好;同種固化劑，投加越多，固化效果略好，但是考慮成本因素，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算。

2.2.3 ? ?對Ni浸出量的影響。由圖4可知，1#、2#固化劑對土壤Ni的固化均有一定效果;對Ni的固化效果與時間成正比，時間越長，Ni浸出量越少，固化效果越好;同種固化劑，投加越多，固化效果略好。

2.2.4 ? ?對Cr浸出量的影響。由圖5可知，1#、2#固化劑對土壤Cr的固化均有一定效果，2#固化劑對Cr的固化效果略優于1#固化劑;對Cr的固化效果與時間成正比，時間越長，固化效果越好，但在投加固化劑后2個月左右，Cr浸出量趨于穩定;同種固化劑，投加越多，固化效果略好。但是考慮成本因素，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算。

2.2.5 ? ?對Cd浸出量的影響。由圖6可知，1#、2#固化劑對土壤Cd的固化均有一定效果，但效果不太明顯;同種固化劑，投加越多，固化效果略好，但是考慮成本因素，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算。

2.2.6 ? ?對Pb浸出量的影響。由圖7可知，1#、2#固化劑對土壤Pb的固化均有一定效果，但效果不太明顯;同種固化劑，投加越多，固化效果略好，但是考慮成本因素，固化劑按照一定的投加量比較經濟合算。

3 ? ?結論

采集的土壤樣品Cd超過土壤環境質量二級標準，屬于輕度重金屬污染。1#和2#固化劑對土壤中重金屬總量的去除有一定的效果，對重金屬有效態的含量具有明顯的降低效果，因而在不影響農業生產活動的同時，對輕度重金屬污染的土壤修復，該固化穩定化修復具有一定的優勢。

4 ? ?參考文獻

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