贝壳粉对重金属污染土壤稳定化的研究

于佳汇 王波 胡辰晨 燕晓君 张维 徐彩翔 郑士瑶

摘要：烟台是一个临渤海的海边城市，在这里，废弃贝壳的量高且多。我们引用专业所学知识研究贝壳粉对重金属污染土壤的稳定化作用，也实现了对废弃贝壳资源的资源回收。为了探讨不同质量的贝壳粉对土壤中重金属稳化的作用，我们研究组对每个方案设置了平行实验，通过测试绿萝的长势，分析不同质量贝壳粉对重金属的稳化作用，记录不同时间段绿萝的叶片长度，土壤的pH值，运用x射线衍射实验和电镜测试的措施测试土壤中的含量，整顿剖析实验数据，利用orign8等软件进行试验结果相关性分析及作图。得出相应结论，贝壳粉和土壤的比例为1：15可起到最大程度的土壤稳化性，贝壳粉加入后土壤pH升高会使土壤的碱性增强，在碱性条件下，重金属离子易与氢氧根结合形成氢氧化物沉淀;且部分重金属离子有部分概率通过离子交换作用进而形成碳酸盐类沉淀。经实验监测，土壤经贝壳粉稳定化作用后，监测其内的重金属离子浸出浓度，对重金属离子的扩散有所抑制，发现重金属离子浸出浓度存在一定程度的降低。因此实验得出贝壳粉可作为稳定剂。

关键词：贝壳粉;重金属;土壤改良;吸附

正文：

实验方法

土样样品选自印刷厂附近，植物样品取长势叶片数基本一致的绿萝，本实验有3个研究分组记为ABC，A组为200g污染土壤分别加入0，10，15，20，25，30g的贝壳粉并编号A1-A6，B组为200g污染土壤，10g陶粒块，分别加入0，5，10，15，20，25，30g的贝壳粉并编号B1-B7。培养室温度固定在10℃±2℃内，湿度16%，自然光照8h/d。实验持续培养，每隔七天测试土壤ph值，每隔三天浇定量的水。

实验内容

取各组土样研磨过筛，80微米过筛，烘干箱温度保持105℃烘干8个小时，烘干的土样再次过筛80微米，装入试剂袋内，做xrd测试，分析xrd的实验结果选出较好类别，做电镜测试。

实验分析和数据处理

每天分派成员记录绿萝的长势情况，并拍照记录其形态变化和改变，共同商讨，我们发现在没有添加贝壳粉土壤的绿萝，其生长长势衰弱，根部变黑，茎叶不再呈绿色而是逐渐发黄，有的生长量下降，最终枯萎死亡，而添加贝壳粉的绿萝生长长势，与没添加贝壳粉的绿萝生长长势相比较，其生长受到促进，在一定适宜用量的条件下，贝壳粉添加量与其吸附效果成正比，然而随着吸附量达到饱和，过量的贝壳粉不会在吸附土壤中重金属离子。为了避免浪费材料达到最高程度的使用率，经分析得出，贝壳粉添加量和土壤比例为1：15的绿萝长势好。

物理吸附受ph值影响，由绿萝不同时期土壤pH记录情况可知，加入贝壳粉可以有效的改良土壤中元素离子的成分及比例，从而影响植物的ph变化，进而影响植物的生长。贝壳粉在一定程度上可以通过一些离子作用，调节土壤的酸碱性，使土壤更适宜作物生长。加入贝壳粉及贝壳粉配合物，能够在短时间内有较大成效的提高土壤的pH值，但随着时间的延长，由于作物的生长，土壤本身的调节等作用，土壤的pH值会慢慢回落。

施加陶粒废料的B处理组绿萝生长状况明显优于未施陶粒废料的A对照组，对株高、茎粗、等生理指标的提高具有明显的促进作用。陶粒本身含有碱性物质，在长期的处理过程中吸附沉积了一定量的含磷矿物，这些成分为提高土壤的pH值和土壤肥力提供了物质基础，也可以用于改良重金属污染的土壤。

空白组A1，A5，B6样品经过电镜测试，加速电压均为15.0KV，由电镜微观对比图三分析可知添加贝壳粉的土壤Ca的含量大量增加，与此同时磷离子含量降低，且经过高温煅烧的贝壳粉效果更显著，贝壳粉还可以有效降低土壤中pt的重量百分数，从而降低pt的迁移性和有效性。由xrd分析可知贝壳粉的主要成分是caco3同时还有少量的有机质，而随着贝壳粉用量的增多，其他有机质的含量钠元素，镁元素也在增加。此外电镜微观分析和xrd分析基本吻合。

实验结果

本次研究经过一系列的实验与检测，研究出贝壳粉对土壤重金属稳定化修复作用的现实意义。并且贝壳是一种天然的、易获取的、耗资小的材料，实用性较高。由于贝壳粉疏松多孔，比表面积大，吸附重金属的能力强，经过贝壳粉调节后的土壤，它的PH值发生变化，酸碱性变化浮动迟缓，且可以有效地调节土壤结构，促进土壤中营养成分的结合，改良土壤的效果更好，更久远，且无副作用，对今后土壤酸化改良的方法有创新性的改变。土壤的酸化改良后，种植的作物产量将有提高，在陶粒粉的搭配上有较好的体现，贝壳粉与陶粒相结合使用，可以使土壤更加适宜作物的生长。因此，贝壳粉在改良污染的土壤上具有实际效益。贝壳粉改良重金属污染土壤原理如下两条，一是在土壤中溶解增加氢氧根，与重金属反应发生沉淀，二是离子交换和贝壳粉表面吸附作用，实现重金属稳定化。

参考文献

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（作者单位：烟台大学环境与材料工程学院）