采用固定剂修复重金属污染土壤的效果分析及应用实例

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　　摘要：土壤资源由于受到过分开发，重金属污染问题日趋严重。现阶段，重金属污染土壤修复技术的应用越来越广泛，向被污染的土壤中滴加固定化试剂能够与土壤中的重金属物质形成离子交换等反应，进而将重金属固定在被污染的土壤中。本文研究中以各类固定剂对土壤中重金属离子固定作用的不同为引入，利用对比分析法，同时结合实例，对不同固定剂的作用进行阐释，最后分析了固定剂对重金属的固定效果，并提出理论展望，以供参考。
　　关键词：土壤修复;固定剂;重金属污染;应用
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：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
　　隨着社会经济的发展，土壤资源受到工业废渣等污染物的危害，重金属污染程度越来越大。根据相关文件显示，在全国范围内经过调查研究的约6.3亿公顷陆地中，土壤的污染程度超标率为16.1%。根据无机污染物的超标点位数值大小看，主要的无机重金属污染物有Cd、Hg、As、Cu等。在土壤中这些重金属污染物的移动性较差，且会渗透到植物的根部，会由植物介质等进入人体，影响到人体的健康。本文将以各类固定剂为研究对象，分析在重金属污染土壤修复中的修复机理及研究现状，同时为原位固定修复技术的实际应用及发展提供理论依据。
　　1 不同类型固定剂在重金属污染土壤修复中的效果分析
　　自由态的重金属对于土壤的危害是最大的，从土壤修复的原理进行分析，部分易与重金属发生吸附、沉淀和离子交换等反应的物质可以作为固定剂材料，进而将重金属离子转化成为危害性较低的结合形态物质。
　　1.1 有机类固定剂
　　有机类固定剂在重金属土壤修复中可以起到非常积极的作用。对于有机类的固定剂，一般存在特异性和非特异性的吸附点，同时含有多活性的基团结构，且由于配位体与金属结构之间存在一定的连续性，因此会形成具有一定稳定性的有机配位体结构。
　　1.1.1 天然有机物质
　　用天然有机物质作为固定剂是最为常用的，可以采用动物的粪便及农作物废弃物等，其应用过程中的成本较低，因此应用较为广泛。例如，不同添加量的猪厩肥，对于土壤中外源性的重金属能够提升其形态转化能力，同时能够提升农作物的产量;此外，有研究表明，在堆肥、蘑菇渣和污泥的对比实验中，结果显示污泥固定化效果较好，有机质含量高。但是在土壤有机质分解条件及环境较好的情况下，如堆肥、污泥等物质固定重金属离子的能力会大幅下降。
　　1.1.2 生物炭
　　生物炭经过炭化后，能够有效地增大土壤的比表面积，从而增强土壤的吸附能力。由于在与重金属进行作用的过程中，能够与土壤表面中所含有的-COOH、-COH和-OH等含氧官能团进行作用，实现配位能力，会有助于提升土壤的pH值，达到碱化的效果，因此能够很好地降低土壤中重金属物质的移动性。
　　此外，在相同的环境、温度及pH值作用的过程中，会由于原材料的不同导致土壤表面结构、pH值等均具有一定的差异性。
　　1.2 无机类固定剂
　　1.2.1 黏土矿物
　　黏土矿物在我国分布广泛，矿藏资源丰富，相对来说价格较低，由于其对重金属离子有较强的吸附性，因此被广泛应用。黏土矿物从物理结构上分析，属于多层结构，且每层中间都包含有相应的无机阳离子，加上多量的氧原子暴露在晶体的表面，这样就形成了晶体的缺陷，使得其具有很强的吸附能力。以海泡石（Mg4Si6O15（OH）2·6H2O）为例，由于其是一种天然的水合硅酸镁黏土，因此整体结构中具有一定的稳定性，它的整个结构单元主要以硅氧四面体和镁氧八面体组成，且呈现出一定的交替变换状。根据我国研究学者对于海泡石应用所进行的实验研究，在施用海泡石和未施用海泡石的两组土壤中，相比较可以得出，施用了海泡石以后，土壤结构的pH值有所提升，并且抑制了植物根部对于重金属物质的吸收。再例如天然沸石在重金属土壤修复中的应用程度更高，且由于其属于多碱性的含有铝硅酸盐的物质，因此在整体性的结构点位上可以进行中和反应，从而会产生有很强的吸附效果。此外在天然沸石施用的过程中，也会使得土壤的pH值升高，从而能够有效的降低Cu、Zn、Cd、Ni、Pb等重金属物质的浸出量。 　　1.2.2 碱性物质
　　提升土壤环境中的pH值能够促使重金属合成为溶解性差的物质，进而降低其溶解性，同时毒性也会大大降低。石灰、红泥、炉渣等均可作为碱性类的固定剂材料。这些碱性物质在应用的过程中，其主要作用是将土壤中的重金属离子进行吸收，这样能够降低土壤中重金属离子的浓度;另外，由于土壤中的质子被消耗，会使得土壤的pH值显著性提升，促进重金属离子的吸附，并能够有效地降低其毒害。因此可以得出结论：土壤中的pH值越高，重金属的吸附效果越好，但是当pH值增高到一定程度后，会因为土壤的碱化，导致整个土壤结构遭到破坏，反而会使得重金属的移动性增高。
　　2 固定剂在重金属污染土壤修复中的应用实例分析
　　本章节研究选取某地区的供试土壤，同时利用新型TMT（三巯基均三嗪三钠盐）-硫酸铁复配混合物为化学固定剂对土壤进行修复分析。
　　2.1 材料与方法
　　供试土壤pH值选择在8以下，且呈现出中性及偏碱性，同时供试土壤中的重金属含有Pb、Cd、As，其含量不等，且没有规律性。
　　2.2 实验仪器及药剂
　　实验药剂主要涉及到固定剂TMT、硫酸铁和三乙醇胺等，其中TMT为TMT15%的水溶液。实验仪器包含有pH计、分光光度计等。
　　2.3 实验流程
　　首先对供试的土壤进行采样，要求采取的土壤在15cm深度以内，且需要平铺在干净的纸上，土样过筛，并装入经过消毒的试样袋中。取10个塑料瓶，大小及容量均等，并施加不同浓度的固定剂溶液，分为单一固定剂和硫酸铁复合固定剂，同时利用离子水调节土壤及固定剂溶液中的水含量，进而风干土样，研磨过筛，最后进行测定。
　　2.4 计算方法
　　用分光光度计测定有效态的重金属Pb、Cd、As浓度及含量，测定的结果需要结合公式（1）进行计算：
　　其中c1指重金属的含量，单位mg/kg，c2为处理后的重金属含量，单位mg/kg。
　　2.5 结果与讨论
　　2.5.1 固定剂投加量对于土壤重金属的固定效果分析
　　经过试验，固定的周期为60天，考察了固定剂投加量对于整个试样土壤中重金属含量的固定情况，可分析出土壤中的大部分重金属经过与固定剂的融合反应后能够生成沉淀，其中有效态的Pb、Cd含量降低了60%～70%。但是经过试验的观察，有效态重金属As却没有明显降低，这主要是由于试样土壤中的pH值升高，对于As的吸附性逐渐变差。另外由于重金属Pb、Cd的状态不稳定，且经过了与固定剂的融合反应，会导致Pb、Cd在浸泡的过程中溶解。
　　2.5.2 固定剂对重金属的固定效果
　　在对试样土壤投加相应固定剂的过程中，应合理控制土壤含水量在70%左右，且硫酸铁投加量为35g/kg，固定的周期为60天。经过实验及计算结果分析得出，投加TMT后，重金属中Pb、Cd的含量会逐渐减少。当投加的TMT含量在0.1g/kg时，其Pb、Cd重金属含量趋于稳定，由分析可得出此时Pb、Cd重金属的去除率可达到90%。同时，投加固定剂后土壤中的有效态As的含量有所减少，这主要是由于硫酸铁中的物质能够与重金属As之间发生化学反应，形成沉淀，进而达到重金属去除的目的。
　　由此可以看出，采用不同浓度的固定剂，根据固定剂中物质的不同，试样土壤中重金属的去除效果也不同。在以后的实验研究中，将以土壤中的含水量为主要变量进行研究，探究随着土壤中含水量的增加，重金属含量及浓度的变化。
　　3 结论及展望
　　要实现土壤修复的高效化，需要结合实际的土壤结构、重金属含量及外部环境等因素进行量化，做好相应的土壤防治措施管理。在重金属土壤修复的过程中，应以环境保护为基础，采用高效、稳定的修复工艺流程，同时应防止给土壤结构带来二次污染;此外，還要大力创新和开发复合型的固定剂，控制土壤环境中的pH值，提升重金属土壤修复能力。重金属土壤修复是一个系统性的工程，需要结合多方面因素分析，从而提高土壤修复技术的高效化应用。
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　　收稿日期：2019-01-15
　　作者简介：郑得鸣（1987-），男，汉族，研究生，中级工程师，研究方向为环境卫生工程。
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