钝化剂联合有机肥修复重金属污染土壤研究进展

叶胜兰，王璐瑶

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075）

现阶段，土壤重金属污染已逐步发展成为全球性的生态环境问题，并且由于土壤重金属污染存在长期、不可逆、隐蔽等一系列特点，因而对生态系统的完整性会构成巨大威胁，并可能通过食物链对动物，乃至人体生命健康产生不利影响。除此以外，土壤重金属污染会直接导致土壤肥力减退，降低农产品产量以及品质，不利于社会经济的可持续发展。正因为如此，我们必须积极研究对重金属污染土壤的有效修复方法，钝化剂与有机肥联合修复正是其中非常重要的一项手段。

1 土壤中重金属形态分布

重金属元素进入土壤内部后通过包括溶解、凝聚、沉淀、以及吸附等在内的一系列反应形成不同化学形态，表现出差异化的活性水平。有关报道中已正式，土壤中重金属存在形态不同，其活性水平有所不同，对土壤结构种植植物的有效性也有所不同。一般情况下，重金属在土壤内的存在形态有五种类型：第一是可交换态，第二是铁锰氧化物结合态，第三是碳酸盐结合态，第四是有机结合态，第五是残渣态。以上几类重金属存在形态可以按照生物活性水平自低至高进行排序，活性最低的为残渣态，其后依次为有机结合态、铁锰氧化物结合态、碳酸盐结合态、以及可交换态。由于可交换态下重金属元素的活跃性最高，较易被释放，因此生物可利用性最高。而碳酸盐结合态下重金属元素可以根据环境酸碱值的变化情况产生移动，对环境可能造成二次污染。土壤内通过加入钝化剂以及有机肥成分的方式，在经过吸附、沉淀、交换、氧化还原等一系列反应后，对可交换态重金属元素产生反应，促进其向有机物结合态或残渣态转变，达到降低其活性水平以及生物有效性的效果，进而实现重金属污染土壤治理目的。

2 钝化剂修复土壤进展

2.1 无机类

在重金属污染土壤修复过程中，常见的无机类钝化剂修复材料包括黏土矿物、碳材料、含磷材料这几种类型：①黏土矿物。目前较多研究集中在膨润土、沸石、高岭石这几类材料上，其共性是孔隙率高、有较大的离子交换容量、且对微量元素吸附效果好。一般来说，受到重金属离子半径水合热因素的影响，黏土矿物所表现出的吸附性存在一定差异。有报道中通过蔬菜盆栽实验研究黏土矿物对重金属污染土壤的修复效果，结果显示添加黏土矿物可以对污染土壤中的镉、锌和铜元素进行有效钝化处理，处理有效率达到30%左右。但天然材料在具体应用中存在一定缺陷，可通过改性处理的方式提高吸附效率，达到更为理想的修复效果；②碳材料。碳材料最突出特点是含有丰富的含氧官能团物质，且比表面积大，目前较为常见的有黑炭、秸秆炭、骨炭这几类。在实际应用中可以通过提高土壤酸碱值，改善有机碳含量的方式，达到固定、吸附重金属污染物，修复土壤的效果；③含磷材料。在土壤修复研究领域中，常见的含磷材料有磷矿粉、无机磷肥、羟基磷灰石这几类。有相关实验中将磷酸氢二铵应用于对重金属污染土壤的修复中，结果显示该材料可以与重金属离子结合沉淀大量磷酸盐，以降低污染土壤中铅、镉、锌的迁移性以及生物有效性，加速残渣态转换。

2.2 有机类

可供重金属污染土壤钝化修复的有机类材料主要有畜禽粪便、城市污泥、腐殖酸、有机堆肥等几种类型。这些有机类材料可以作用于重金属元素在土壤中的形态分布，进而达到降低生物有效性水平的目的。有关研究人员为对比分析不同钝化材料对重金属污染土壤钝化修复效果的差异，尝试以有机肥以及泥炭作为实验材料，结果显示有机肥以及泥炭材料对重金属污染土壤中Pb、Cu的浸出量比较对照组降低27%以及33%。也有人员通过春小麦盆栽实验的方式，对土壤中Cd形态受有机肥的影响情况进行研究，结果显示有机肥施作可显著降低土壤中Cd、Zn有效态含量，主要机理是有机肥中有机基质与污染土壤中有利状态的Cd以及Zn离子产生络合反应。同时，有机肥在土壤中进行分解，此过程中通过还原性反应产生一定比例铁、锰元素，同样经络合反应与有机质作用，生成低价络合物，进而达到了降低污染土壤中铁锰氧化态Cd以及Zn含量的目的。

2.3 复合材料

近年来，大量新型材料被应用于重金属污染土壤修复实践中，如介孔材料、纳米材料的应用均有效规避了传统钝化剂在土壤修复领域存在的局限性，并通过钝化剂与有机肥复合使用的方式，最大限度降低了重金属污染土壤的修复难度。

在土壤修复领域中，纳米材料的独特优势体现在其优良的理化性质以及巨大的比表面积方面。有关研究人员尝试用HNO3改性纳米碳黑材料对重金属污染土壤进行修复实验，实验结果显示，在添加比例分别为1%、3%、5%的情况下，污染土壤中有效态Cu分别较对照组下降47%、72%、80%，有效态Zn分别较对照组下降3%、17%、43%，效果非常显著。

介孔材料作为一种具有较高比表面积的多孔材料，孔径在2.0nm～50.0nm范围内，孔径分布狭窄，且孔径大小连续可调，在经表面巯基改性处理后，材料对于污染土壤中Cd、Pb等成分的吸附效果是非常理想的。

因此有关报道中尝试将介孔材料与磷酸盐联合应用于对重金属污染土壤的修复过程中，巯基改性表面离子与污染土壤中Cd、Pb等离子经配位反应形成双齿配体，促进Cd、Pb的残渣态转化，从而达到修复效果。

3 总结

本文针对重金属污染土壤修复中钝化剂与有机肥联合方法进行分析与阐述，对相关文献与研究报道中所取得的成果与进展进行总结，在概括土壤中重金属形态及其分布特征的基础之上，分有机类、无机类、以及复合材料这三种类型，探讨钝化剂应用于重金属污染土壤修复中的相关进展，通过研究认为目前多将钝化修复技术应用于对轻度、中度重金属污染土壤的修复过程当中，具体实践中应当严格遵循因地制宜的基本原则，尝试对多种修复技术进行联合应用，以进一步扩大钝化剂修复技术的适用范围，提高重金属污染土壤的修复效果。