體外消化法評(píng)價(jià)穩(wěn)定劑對(duì)土壤重金屬的穩(wěn)定效率

檀建國(guó)，郭鳳銳

（1. 邯鄲市環(huán)境保護(hù)研究所， 河北 邯鄲 056002； 2. 河北潤(rùn)和環(huán)境科技有限公司， 河北 邯鄲 056008）

目前，國(guó)內(nèi)外采用了很多原位治理方法以降低土壤中重金屬的環(huán)境危害性。然而，在對(duì)治理效果的評(píng)價(jià)時(shí)，大多采用化學(xué)試劑浸提的方法，國(guó)內(nèi)鮮見(jiàn)采用體外消化模型法對(duì)土壤重金屬治理的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的報(bào)道，基于此，本研究擬采用SBET（Simple Bioavailability Extraction Test）方法對(duì)含磷材料在土壤重金屬的穩(wěn)定效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為重金屬污染土壤的原位治理提供理論支持極具現(xiàn)實(shí)意義[1-5]。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品采集與制備

供試土壤采自某廢棄冶煉廠，采集深度0～20 cm。均為多點(diǎn)采集經(jīng)人工混勻后的組合樣。樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨過(guò)1 mm 尼龍篩、混勻并分別編號(hào)為SY-1、SY-2 和SY-3 后置于可密封聚乙烯容器中，貼標(biāo)、備用。

1.1.2 樣品分析

理化性質(zhì)分析結(jié)果表明，SY-1 和SY-2 為砂質(zhì)黏壤土，SY-3 為典型的砂土，各供試土壤黏土礦物含量較低，雖然鈣元素含量較高，但pH 值均較低（＜6.0），酸化嚴(yán)重，總有機(jī)碳（TOC）和全磷含量均較低。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)土壤中As、Pb 和Cd 的生物可給度進(jìn)行評(píng)價(jià)，生物可給度采用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：CB—SBET 提取液中重金屬離子質(zhì)量濃度，mg·L-1；

V—浸提體積，L；

CT—土壤重金屬全質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·kg-1；

m—浸提土壤質(zhì)量，kg。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 土壤穩(wěn)定

穩(wěn)定試劑的組合設(shè)計(jì)如下：

T1：H3PO4+CaO

T2：Na2S+CaCO3

T3：H3PO4+Na2S+CaCO3

T1、T2和T3均設(shè)置3 份，同時(shí)設(shè)置以去離子水代替穩(wěn)定劑的控制實(shí)驗(yàn)T0。

1.3.2 四酸消解法

土壤中重金屬的含量采用四酸（HCl+HNO3+HF+HClO4）消解法。具體操作步驟為：準(zhǔn)確稱取過(guò)250 μm（60 目）孔篩的樣品0.200 0 g 于聚四氟乙烯坩堝中，加2 mL HF、5 mL HNO3、2 mL HClO4后加熱至冒白煙，加入5 mL HCl 繼續(xù)加入至近干，取下冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，定容、過(guò)濾后采用ICP-OES、ICP-MS 和HG-AFS 測(cè)定溶液中各金屬離子的含量。

1.3.3 SBET 體外消化法

SBET 體外消化模型的操作步驟為：準(zhǔn)確稱取過(guò)250 μm（60 目）孔篩的樣品1.000 g 于聚乙烯瓶中，加入100 mL 氨基乙酸-鹽酸緩沖溶液（用鹽酸調(diào)節(jié)0.4 mol·L-1氨基乙酸（H2NCH2COOH）溶液至pH=1.50±0.05），置于恒溫水浴翻轉(zhuǎn)振蕩器中，調(diào)節(jié)溫度為37.0 ℃，翻轉(zhuǎn)頻率為30±2 r·min-1，振蕩1 h。提取完成后，采用0.45 μm 膜過(guò)濾，濾液酸化后用ICP-OES、ICP-MS 和HG-AFS 測(cè)定溶液中各重金屬離子含量。

2 結(jié)果與討論

穩(wěn)定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可給度如表1 所示：

表1 穩(wěn)定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可給度

穩(wěn)定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可給度評(píng)價(jià)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 穩(wěn)定前后土壤中Pb、Cd 和As 的生物可給度

根據(jù)穩(wěn)定前后土壤中Pb、Cd 和As 的生物可給度變化，采用下列公式計(jì)算各試劑組合對(duì)Pb、Cd和As 的穩(wěn)定效率：

式中：SBET(To)—未添加穩(wěn)定劑土壤中各元素的生物可給度；

SBET(Tx)—添加TX 試劑組合后土壤中各元素的生物可給度。

計(jì)算結(jié)果如表2 所示：

表2 重金屬元素經(jīng)不同穩(wěn)定試劑處理后的穩(wěn)定效率

土壤中重金屬的生物可給度通常低于50%，本實(shí)驗(yàn)中，穩(wěn)定前，土壤SY-1、SY-2 和SY-3 中As的生物可給度分別為：0.52%、1.24%和0.21%；Pb的生物可給度分別為：3.51%、2.96%和1.15%；Cd的生物可給度分別為：62.51%、71.44%和63.66%。經(jīng)T1和T3穩(wěn)定后，各土壤Pb 和Cd 的生物可給度降低，As 生物可給度升高；經(jīng)T2穩(wěn)定后，各土壤Pb、As 和Cd 的生物可給度小幅降低。

在SBET 提取條件下，含磷物質(zhì)有利于磷酸鹽沉淀或礦物的形成，可導(dǎo)致Pb 和Cd 的生物可給度被低估。經(jīng)T1和T3穩(wěn)定后，各土壤As 的生物可給度升高；經(jīng)T2穩(wěn)定后，各土壤As 的生物可給度降低，表明在哺乳動(dòng)物消化系統(tǒng)內(nèi)，磷酸根離子與砷酸根離子之間存在著競(jìng)爭(zhēng)吸附。

3 結(jié)論

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可得到如下結(jié)論：

1）含磷物質(zhì)可大幅降低土壤中Pb 和Cd 的生物可給度。

2）含磷物質(zhì)可大幅提升土壤中As 的生物可給度。

3）含硫物質(zhì)可降低土壤中Pb 和Cd 的生物可給度，雖然降低幅度較含磷物質(zhì)低，但不會(huì)大幅提升As 的生物可給度。

4）若污染土壤是由Pb 和Cd 導(dǎo)致，可考慮采用含磷物質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，若污染土壤中含有As元素，則應(yīng)考慮添加含磷物質(zhì)后有可能帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。