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黏土礦物對重金屬污染土壤的修復研究

來源:環保人才網

 

       前言:

       我國土壤重金屬污染問題嚴峻,直接威脅著人類的生存健康,嚴重影響社會可持續發展。面對嚴重的土壤污染問題,科學家研究了諸多環境修復材料,其中黏土礦物具有自身獨特的物理化學結構,是極具修復潛力的一種環境材料?;詿?,本文綜述我國土壤重金屬污染現狀,介紹以膨潤土、沸石和凹凸棒為代表的黏土礦物對重金屬污染土壤的修復研究進展,可為環境修復材料的研究提供借鑒。由于工農業的快速發展以及經濟社會的飛速發展,人類對自然資源的大量掠奪式占用,引發了嚴重的環境污染問題。土壤作為生態系統的重要組成部分,承載了巨大的環境壓力。污染物通過各種途徑最終進入土壤環境,不斷累積,被植物吸收,進而進入食物鏈,直接威脅著人類的生存健康,嚴重影響著社會可持續發展。面對嚴重的土壤污染問題,科學家積極進行探索,研究了很多修復治理方法,開發了諸多環境修復材料。其中,黏土礦物具有自身獨特的物理化學結構,是極具修復潛力的一種環境材料。黏土礦物作為修復材料可吸附固定土壤中的污染物,減少植物對其的吸收,從而有效防止污染物對生態系統的危害。

       一、我國土壤金屬污染物現狀

       重金屬污染是土壤污染問題中最為嚴重的一個方面,全世界每年因工農業生產、城市生活垃圾排放、交通污染、污水灌溉等向環境中排放了大量的重金屬污染物,其中汞約1.5萬噸、鉛500.0萬噸、錳1500.0萬噸、銅340.0萬噸,帶來了嚴重的土壤污染問題。有報道指出,自2008年以來,我國發生的重大污染事故有100余起,其中鎘、砷、汞等污染事故約占1/3。2014年全國土壤污染調查公報顯示,我國土壤重金屬污染問題不容樂觀,土壤超標率達到16.1%,南方重金屬污染情況明顯高于北方,西南、中南地區污染物嚴重超標。我國受重金屬污染的耕地面積占總耕地面積的1/5,約有2000萬公頃,超標大田農作物耕地面積約60萬公頃,其中以鉛、汞、鎘、銅及其復合污染尤為嚴重。每年因重金屬污染帶來了大范圍糧食減產,造成了嚴重的經濟損失。對于土壤重金屬污染問題,應加強對污染源的得力監管,修復治理應采用防治結合的有效措施。   
 

       二、黏土礦物在重金屬污染土壤修復中的應用

       針對嚴重的土壤重金屬污染問題,現有的修復治理措施主要包括客/換土法、電解法、熱處理法、生物修復等,但各個修復方法均有其自身的優缺點,應因地制宜地選擇利用。近年來,針對重金屬污染修復材料的研發成為學者關注的熱點,黏土礦物因其自身獨特的物理化學性質,在重金屬污染修復治理方面發揮了顯著的作用。目前應用的黏土礦物主要包括膨潤土、沸石、凹凸棒等。

       膨潤土的主要礦物成分為蒙脫石,在我國分布廣且儲量大,對多種重金屬元素都具有一定的修復效果。汞鐵軍等研究表明,膨潤土可用于重金屬污染修復治理,膨潤土與重金屬會生成Pb(NO3)2和CdCO3等物質,使重金屬的沉淀率均在85%以上。師俊杰等研究表明,施用膨潤土以及膨潤土與叢枝菌根真菌復合處理均可有效降低土壤中有效態重金屬含量,植株地上和地下部分重金屬含量也顯著減少。胡克偉等對比了膨潤土對4種重金屬離子的富集系數,結果顯示富集系數大小為Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+。謝正苗等采用膨潤土修復礦區鉛、鋅污染土壤,研究得出在pH=5的條件下,膨潤土∶污染土壤=1∶5時,修復效果最好。另有研究者將殼聚糖負載在膨潤土上制成顆粒狀的吸附劑,用于鋅污染土壤修復,結果表明,pH為6~8的條件下,膨潤土與殼聚糖的質量比為1∶20,鋅質量濃度≤200m/L,吸附平衡時間5min,重金屬鋅的去除率達到了98%。       

       天然沸石具有很強的選擇吸附能力,吸附容量和離子交換能力均較大,在修復改良土壤方面具有顯著的作用。有研究人員利用沸石修復鎘污染土壤,沸石添加顯著降低了黑麥草、萵苣和燕麥根、莖中的鎘含量,沸石添加量為1%時,萵苣葉片中鎘含量較對照減少了86%。Nissen等研究發現,污泥中添加0.5%和1.0%的沸石,90d內污泥中移動性重金屬鋅含量顯著降低,向植物的傳遞量也顯著減少。王秀麗等利用沸石修復鎘污染土壤,結果表明,沸石可降低交換態鎘含量,促進交換態向鐵錳氧化物結合態、碳酸鹽結合態、有機態、殘渣態等低活性轉化。Hapour等對比了沸石和膨潤土對于鎘、鉛復合污染土壤的修復效果,結果顯示,沸石對鎘和鉛的吸附能力優于膨潤土,更加有效地降低了土壤鎘、鉛的生物有效性以及農作物玉米地上部分和根部中的鎘含量。Mahabadia等研究指出,天然沸石促使黏土、沙土、沙壤土和壤土等不同質地土壤鎘浸出量顯著減少,15%的沸石添加量對鎘的吸附效果最佳。

       凹凸棒是一種含水的層鏈狀鎂質硅酸鹽礦物,具有較大的比表面積和很強的吸附性能。凹凸棒廉價易得,在土壤重金屬污染的原位鈍化修復中得以應用。使用凹凸棒黏土礦物可提升土壤pH值,提高了土壤對重金屬的吸附能力,當污染土壤與凹凸棒的質量比為20∶1時,對銅、鋅、鎘等重金屬污染土壤的修復效果最佳,銅、鋅、鎘的修復率平均達31.50%、26.15%、34.92%,有效減少了蔬菜對其的吸收。楊秀紅等通過盆栽試驗研究了凹凸棒對銅污染土壤的修復效果,結果表明,污染土壤中添加凹凸棒后可顯著降低銅的生物有效性。任靜華采用凹凸棒開展了野外大田原位修復試驗,結果表明施用凹凸棒顯著降低了土壤中DGT提取態鎘,3a試驗期間凹凸棒促使小麥和水稻籽粒中鎘含量持續下降。

       三、結語

       黏土礦物儲量豐富、價格低廉,是重金屬污染土壤修復治理的新途徑,具有很大的應用潛力。采用其修復治理重金屬污染土壤可原位進行,操作簡單,不會產生二次污染。目前,利用黏土礦物的修復治理大多處于實驗室研究階段,工程應用非常少,亟待不斷深化相關研究,探索最適的應用條件及修復治理能力,針對性地進行改性處理,不斷提高黏土礦物作為環境材料的修復治理能力,發揮其更大的應用價值。
 

發布時間:2019-09-20
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