重金属钝化技术修复污染土调研报告

重金属钝化技术修复污染土调研报告

一、原位钝化修复技术简介

原位钝化修复，指利用化学、生物等措施改变重金属污染物在土壤中的化学形态和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收，主要以化学固定法和微生物修复为代表。鉴于土壤重金属污染常常涉及面积很大，各种工程修复措施的成本过高，因此发展原位钝化方法是目前中轻度污染土壤修复的较好选择。

土壤重金属钝化修复包括固化和稳定化两个概念，其中原位化学钝化修复是向重金属污染土壤中加入一种或多种物质，通过发生吸附、沉淀、离子交换、氧化还原等一系列反应，改变重金属在土壤中的化学形态、赋存状态，其主要目的是降低因土壤环境的微小变化或土壤生物活动而活化的土壤重金属污染物的迁移能力和生物有效性。钝化剂的添加并不能将重金属污染从土壤中去除，但是可以影响其形态分布，通过将可提取态的重金属转化为残渣态，减少土壤重金属污染对环境和人类健康的危害，从而达到修复污染土壤的目的。

图1 农田重金属污染钝化

重金属钝化现在是农田土壤重金属修复的主要技术，近年来研究迅速，专利情况如下图所示。

图2 重金属钝化专利分析

二、技术原理

不同的钝化过程和反应机制将直接影响钝化修复效果。如果钝化修复材料，如石灰等，仅通过改变土壤pH来降低重金属的生物有效性，这种钝化是不稳定的，一旦土壤pH通过缓冲或其他因素降低，那么环境风险又将重现；如果钝化材料通过提高土壤pH和增加吸附量两种作用，土壤重金属的这种钝化作用则相对稳定，其稳定性依赖于土壤及钝化修复剂的缓冲容量和钝化修复剂的吸附容量；如果修复材料通过矿物晶格层间吸附或形成沉淀，钝化效果则依赖于重金属污染物的固液平衡动力学特征及沉淀的溶度积Ksp，其钝化效果也相对持久稳定。

土壤中重金属的钝化过程与添加材料有关，主要包括以下几个方面作用机理: 吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等。

（1）沉淀作用

通过向污染土壤中施入石灰等碱性物质，随着pH值的升高，更易于使重金属水溶态形成氢氧化物或者碳酸盐结合态沉淀，并且随着土壤pH值提高，土壤表面负电荷也会增加，增强了土壤对重金属的亲和性，从而降低土壤中重金属迁移性和毒性。

（2）吸附作用和离子交换作用

很多钝化修复剂本身对重金属污染物具有很强的吸附能力，加入土壤后能提供自身的吸附能力、提高土壤对重金属的吸附容量，从而降低重金属的生物有效性。重金属元素在土壤中能够以阴阳离子、水合离子、无电荷联合体的形式存在，经过物理化学过程被吸附。Zn的固定主要靠与矿粉表面的络合作用和与磷灰石表面Ca的离子交换作用。富含铁和铝的氧化物的赤泥可以通过吸附作用修复污泥中的Cd、Zn、Pb等。

（3）络合作用

由于有机钝化剂表面通常含有大量的羧基、羟基、胺基等活性基团，为重金属络合提供配位基，能形成具有一定稳定程度的重金属络合物。尤其是腐殖酸，不仅含有大量的为重金属络合提供配位基的羟基和酚羟基，还富含丰富的活性功能基团，能够和重金属发生各种形式的结合。此外，细菌和部分真菌也可通过其细胞壁上的活性基团，包括巯基、羧基、羟基等，使金属螯合在细胞表面，而被吸附固定。

（4）氧化还原作用

土壤中的重金属大都存在多种价态，对于变价元素的污染物来说，在不同价态下，其生物毒性、移动性和生物可利用性差异很大。通过选择合适的氧化或还原剂改变重金属的价态，来降低污染物毒性，可以达到修复的目的。如土壤中的砷，在使用铁氧化物钝化后，三价砷易被氧化成五价砷，由于砷酸根比亚砷酸根的吸附量大，这更有利于土壤中的砷污染物钝化，从而能降低砷的毒性。化学还原法可以将六价Cr还原为毒性很低的三价Cr，生成沉淀或被吸附从而被去除。

三、工艺流程

按照处置位置不同，可将钝化技术分为原位和异位处置。

异位钝化技术是将土壤从最初污染位置挖掘出来，运输至一个处理系统中实现与钝化剂的混合与后续养护。挖掘污染土壤增加了运输成本，增加了污染物向四周扩散的可能性，但异位处置能够很好的控制试剂加入量，能够保证污染土壤与药剂的充分混合，比较适合于污染深度较浅的场地。

原位钝化技术不需要污染土壤的挖运，节省了运输成本，减少了有机污染物挥发的可能性。

异位钝化技术流程图如下：