固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用①

土壤(Soils),2016,48(1):000–000①基金项目：国家自然科学基金面上基金项目(51378250，51073077)资助。*通讯作者(yanghu@nju.edu.cn)作者简介：陶雪(1990—)，女，河南信阳人，硕士研究生，主要从事重金属土壤修复研究。E-mail:792532398@qq.comDOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.01.000固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用①陶雪，杨琥*，季荣，李爱民(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京210023)摘要：由于人类的过度开发，部分地区土壤重金属污染日趋严重。采用向污染土壤中施加各类固定化试剂，通过其对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)、离子交换及络合作用等将重金属固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，最终达到减少重金属污染环境风险的目标，是修复重金属污染土壤的有效手段之一。本文概述了近年来国内外报道的各种土壤固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用和修复机理，并从构效关系等角度出发，展望了固定剂在土壤修复应用中的未来发展。关键词：土壤固定剂；重金属污染土壤；土壤修复技术中图分类号：X53土壤是生态环境的重要组成部分，也是人类赖以生存的主要资源之一。近年来，随着工业废渣的大量排放、废水灌溉农田、农药以及磷肥等的大量施用，包括重金属在内的越来越多的污染物进入土壤中[1–2]。据2014年4月17日环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》报道，在实际调查的约6.3亿公顷陆地国土中，我国土壤污染物总的点超标率为16.1%[3]。污染类型以无机型为主，无机污染物超标点位数占全部超标点位数的82.8%[3]。无机重金属污染物，如：Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等，在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，严重恶化土壤环境质量，并可经水、植物等介质进入人体，最终严重影响人类健康[4–8]。针对土壤重金属污染状况，人们提出了诸多治理修复技术[9–10]，其可大致划分为3类：①采用物理、化学或生物的方法将重金属污染物从污染土壤中直接去除。该法可直接降低土壤中重金属总量，无疑是最为理想的，但其成本也高；②隔离法，其利用各种防渗材料将污染土壤与未污染土壤或水体分开，以减少或阻止污染物扩散造成二次污染。该方法对防渗材料要求较为严格，工程技术要求也高；③土壤原位固定化修复法，即向被污染土壤中施用各类固定化试剂，通过对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)及络合等作用将重金属固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，从而降低重金属污染的环境风险。相比于前述两种修复方法，原位化学固定技术投入较低、操作简便、环境友好，对大面积中、低浓度重金属污染土壤修复有明显的优势[11–16]。具体而言，原位化学固定技术主要目标是降低土壤中重金属的生物有效性，而重金属的生物有效性与其在土壤中的形态相关[17]。Tessier[18]利用五步化学浸提对重金属进行形态分级分析，将土壤中重金属不同形态的生物可利用性大小划分为：可交换态(包括水溶态)＞碳酸盐结合态＞铁锰氧化物结合态＞有机物以及硫化物结合态＞残渣态。原位化学固定修复技术依据这一原理，通过向土壤中施用固定化试剂与重金属污染物作用，促使重金属从生物可利用性较大的形态(如可交换态即自由态)向生物可利用性较小的其他形态转化，以降低重金属对土壤植物及微生物的毒害作用，实现修复重金属污染土壤的目的[10,19–20]。显然，原位化学固定化修复技术关键在于选择合适的固定剂。我们一方面要求试剂本身不含重金属或者重金属含量很低，施用到土壤中之后不会带来二次污染；另一方面是高性价比，即固定剂的施用成本合理并且具有较高与重金属的结合力，固定效果显著且产物稳定。目前常用的固定剂主要有：石灰、粉煤灰等碱性材料；磷灰石、羟基磷灰石、磷酸二氢钙等磷2土壤第48卷酸盐类物质；天然的以及人工合成的沸石、膨润土、海泡石等黏土矿物质类材料；金属氧化物类材料；生物污泥、秸秆、农家肥、生物炭等有机类材料以及复合类固定剂[16,21–23]。各类固定剂对重金属的固定化的作用机理、效果各有差异，本文接下来将具体介绍原位固定修复技术中应用的各类不同固定剂以及修复机理和研究现状等，为原位固定修复技术的实际应用以及新型高效土壤固定剂的研发提供新思路。1不同固定剂对重金属污染土壤的修复作用可交换态，即自由态重金属对土壤危害性最大，从修复机理与构效关系角度出发，易于与重金属发生吸附、沉淀、离子交换以及络合等物理化学作用，进而能将其转化为危害性低的结合形态的物质，就适合作为修复重金属污染土壤的固定剂材料。1.1无机类固定剂1.1.1黏土矿物类材料我国黏土矿物资源品种丰富、分布广泛、储量巨大、价格也较为低廉