重金属污染土壤原位钝化修复技术研究进展

重金属污染土壤原位钝化修复技术研究进展作者：马远

来源：《城市地理》2015年第09期

摘要：综述了常用的土壤重金属污染原位钝化剂的实用性、介绍了原位钝化修复的原理，及其国内外研究与发展动态，并在此基础上做了进一步的展望，提出土壤原位钝化修复技术的未来发展方向。

关键词：重金属；污染土壤；钝化；修复

引言

随着工业化城市的快速发展，我国整体土壤环保安全的问题逐步突显出来，各种工业污染、废气废水、重金属、化学农药直接影响自然环境土壤的健康。截止目前，我国已经由2000万m3的土壤受损，占耕地总面积20%以上，其中大部分为中度或重度污染，直接影响土壤的正常修复更新。通过各种方法实现原位钝化，确定修复效果，减缓生物化学迁移过程，提高修复效果，逐步降低重金属的修复比例。原位钝化修复技术是一种极其经济高效的污染治理技术方法，是符合我国目前可持续快速发展的基本战略方针和技术需求，未来可以广泛的提高土壤环境的保护效果，确保土壤的多项利用。

1、土壤修复的方法

土壤污染中，采用钝化修复来提高土壤的活性，通过增加矿物质成分，确定微生物、磷酸机物料，控制土壤的沉淀吸收比例，实现快速氧化过程，分析土壤内部的性质变化，提高土壤的自主调理过程，改善土壤的污染程度，确定有效的土壤修复效果，实现多种类、多方式的修复，确保土壤修复效果，完成土壤修复目标。

1.1 无机钝化法

无机钝化修复方法的种类主要有：磷酸盐类无机钝化修复法、黏土矿物钝化修复法以及一些其他化学成分的无机钝化修复法。按照其基础的化学原理不同，区分无机修复剂的类别，确定黏土矿物修复剂、磷酸盐类修复剂以及一些化学无机钝化制剂修复剂的不同修复效果。其中，采用磷酸化合物可以实现有效的钝化修复作用，改变土壤的酸碱程度值，完成化学变化，降低铅和汞的生物效应，实现生物植物积累控制。磷酸能够有效的降低植物对Cd的吸收，但是对Zn的影响不是很大，磷肥的使用可以提高植物剂的有效使用。As在土壤的迁移过程中，常常选用含铁、铝氧化物进行处理。另外，因为资源的不足，某些矿物质因质地受到严重的限制，一些富含铁铝物质的应用中采用钝化重金属得到了有效的认可。

1.2 有机钝化法

有机钝化修复法的处理方式有：堆肥修复方法、淋洗剂修复方法、生物农机肥修复方法等等。有机钝化修复重金属土壤具有一定的优势，通过增加土壤阳离子的交换量，降低土壤中重金属水溶液比例，提高交换组频率效果，实现生物的有效改变。其中，堆肥剂中类似有机物的应用，实现对低生物污染的土壤元素进行动态含量分析，降低植物的吸收效果，促进植物的有效生长。淋洗剂有机钝化修复方法是通过确定淋洗比例，提高整体试验效果。采用生物农机剂可以有效的实现金属浓度降低，实现整体植物叶片金属含量的有效降低。

1.3 微生物钝化法

微生物钝化修复方式有：微生物固定修复方式、微生物转化修复方式。微生物固定修复方式是依据细胞表面的电荷进行土壤中重金属离子的有效化吸附作用，从而实现金属移动性的降低。微生物的生物转化是通过微生物的氧化还原过程，去除重金属中的有机分泌配体，确保激素、有机分泌物质可以间接的完善微生物氧化还原过程，实现微生物对重金属的吸收过程。例如，微生物钝化可以将硫酸盐转换为硫化物，确保污染短效的沉淀作用。特别对于沸石和碳源配合的情况下，还原细菌可以在72小时后去除90%以上的Zn钝化。一些菌株可以提高Zn、Mn的移动性，完成Cd、Cu的钝化固定。实际的生物菌种一般都对Cd可以净化，逐步降低整体态含量。微生物钝化是有效的修复氧化，土壤氧化还原的影响比例较大，硫酸盐对还原细菌有优势，可以快速的完成Cd和Zn的钝化修复。

1.4 复合材料

复合材料是将化学修复方法、生物修复方法组合实现的修复材料，种类极其丰富，只要可以实现重金属修复效果，都可以被命名为重金属污染复合修复材料。

复合材料具有良好的复合效果，可以对不同钝化修复剂进行整合处理，提高重金属土壤的整体修复发展效果。对于土壤的污染处理具有一定的选择效果，选择有效的钝化修复实现修复效果。例如，选择碳酸钙与碳酸氰化物组合可以提高钝化修复剂的使用效果，避免了单独使用钝化修复剂造成土壤酸碱不平衡的问题。钝化重金属污染物时，可以通过修复剂有效的提高钝化修复效果，亦可以通过有机质提高修复效果，从而在一定程度上弥补单一元素降解不足带来的问题。合理的控制有机质分解带来的风险问题，逐步提高复合材料的修复效果，实现合协而有效的技术弥补作用，快速的完善整体修复效果。

2、土壤重金属钝化的机理

土壤钝化的机理是通过酸碱程度确定钝化效果和钝化标准，根据金属的有效程度，确定钝化中可能产生的不稳定因素，实现土壤PH的有效控制。通过土壤钝化缓冲逐步降低土壤钝化效果，降低环境风险，逐步加强土壤钝化效果。选用合理的材料，提升土壤的整体钝化稳定效果，确保钝化吸附比例容量，保证土壤稳定修复过程。采用复合材料，实现矿物质晶格层之间污染物的有效吸附，修复材料通过晶格实现吸附，完成沉淀。合理的分析重金属污染物的钝化机制，有效的钝化修复持续发展，确定不同吸附剂的钝化差异比例，完善土壤修复效果。

2.1 沉淀

沉淀可以实现土壤中Cd的有效溶解，降低土壤毒性、污染程度。磷酸根对于土壤中的Cd 钝化有一定的作用，可以合理的实现污染物的稳定沉淀控制管理。当酸碱程度升高的时候，沉淀反应产物的晶格水平变弱，不易沉淀。但在适宜的PH值条件下，采用磷酸盐可以有效的实现Cd钝化作用。表面沉淀中在酸性土壤上施用磷石膏、红石膏和白云石残渣能显著提高Pb、Cd、Cu在土壤固相组分中的稳定性，降低其迁移和生物有效性。由于钝化剂具有一定的溶解度，因此能够与污染元素更好地接触反应，从而有望发挥更有效的钝化效果。

2.2 化学吸附

Fe与Mn的氧化物具有良好的吸附作用，吸附As污染物。砷酸根在含铁、铝物质作用下，可以通过基团交换反应替换铁铝氧化物表面的-OH、-OH2等基团而被吸附在矿物表面，并通过X射线吸收精细结构光谱（XAFS）证实形成了稳定的双齿双核结构的复合物。赤泥也主要是通过化学吸附作用，使重金属污染物进入铁铝矿物晶格内形成稳定的复合物，来降低其生物可利用性和毒性。

2.3氧化还原

采用氧化还原作用分解有机质中的官能团，实现金属络合物的稳定氧化还原处理，实现植物生物的有效吸收。细菌壁的活性因子通过真菌和细菌作用完成，对金属进行强行络合处理，实现细胞的吸附处理。降低土壤中的生物比例，有效完善络合效果。但是，氧化还原对于不同金属变价有不同的改变，钝化可以逐步降低土壤中金属对土壤的影响，实现电位还原处理，完成离子交换控制。

2.4 有机络合

有机质中含有大量的有机官能团，在与重金属反应后形成一定稳定程度的金属有机络合物，从而降低重金属污染物的植物吸收性以及生物可利用性。其中腐熟度较高的有机质可以通过形成粘土-金属-有机质三元复合物增加重金属污染物在土壤中的吸附量。卡尔森等利用XAFS研究发现，Cd在土壤中可以与有机质中的羧（RCOOH）及巯基（RSH）形成稳定的有机络合物。

2.5离子交换

采用钝化修复剂中的离子交换技术，完成化学分析的吸附，从而逐步降低重金属的生物效用。例如，砷酸根在铝铁氧化物的作用下，会对重金属中的氢键或氢羥根进行结合，形成稳定的双架构分子元素。

3、钝化在土壤重金属修复中的未来发展趋势