天然草海河湖污泥对铬污染土壤影响的研究

张 瑜，季宏兵，张 言，李 旭，于 桐

(北京科技大学 能源与环境工程学院，北京 100083)

1 引言

Cr作为“五毒重金属”之一，其污染具有来源广泛、易于积累、作用隐蔽等特点，造成对土壤污染也呈现出作用周期长、毒性大且不易降解的特征，是国内外普遍关注的问题[1]。

河湖污泥是一种含腐殖质的天然吸附剂，主要由黏土矿物、腐殖质、有机质、活性金属氧化物组成，表面积大，结构复杂，带有多种活性官能团，能够与金属离子发生沉淀、表面络合、离子交换等过程，可用于去除水体和土壤中的重金属[2]。土壤中可交换态的重金属移动性和生物有效性强，是衡量土壤污染程度的重要指标，从降低重金属可交换态的含量以及增加残渣态的含量，可在一定程度上减小重金属的有效性，减小对土壤系统的伤害[3]。探讨具有前景的天然污泥吸附剂对于重金属的去除以及污泥的资源化利用具有重要意义。

2 实验材料与方法

2.1 供试材料

供试材料：供试土壤取自北京科技大学试验站，供试材料取自于贵州草海风景区，并命名为WN3。采集0～10 cm表层土，自然风干，剔除植物根系、石块等杂物，过5 mm筛。土壤有机质为9.95 mg/kg、pH值为7.15、含水率2.76%、总Cr为68 mg/kg。WN3pH值为7.54、BET比表面积为27.72 m2/g、平均孔径11.67 nm。

供试重金属元素为Cr，试剂为K2Cr2O7(分析纯)。

2.2 Cr污染土壤的培养

将预处理后的土壤样品装入塑料盆，每盆装200 g，设置4个Cr浓度处理:0(Cr0)、100(Cr1)、200(Cr2)、300(Cr3)mg/kg，搅拌混匀，室温培养1个月，保持土壤含水率。

1个月后得到人为Cr污染土壤，每个Cr(VI)浓度下各设置WN35个投加量的处理，0%、0.5%、1%、2%、5%，每个处理重复3次，并搅拌混匀。在加入WN3后0、15、30、45、60 d取Cr污染土壤样品，烘干、研磨、过筛，编号装入自封袋，一部分测定土壤的pH值；另一部分用BCR连续浸提法分析Cr(VI)各个赋存形态含量的变化。

2.3 土壤重金属形态分析

BCR 连续提取法把土壤重金属形态分为酸提取态(Wa)、可还原态(Wred)、可氧化态(Wo)、残渣态(Wres)，各形态稳定性依次升高[6]。本实验按照 BCR法连续提取稳定后受污染土壤中Cr的各种赋存形态。

3 结果与分析

3.1 施加WN3对Cr污染土壤pH值的影响

在培养过程中施加不同量WN3对Cr污染土壤中pH的影响结果显示：无施加WN3土壤pH值随着初始Cr升高而逐渐增大，且浓度为Cr3对照组与其它浓度对照组有明显不同。而在相同Cr浓度下，随着WN3施加量的升高土壤 pH 值也逐渐升高。在 Cr0、Cr1、Cr2和5%WN3处理时，与对照相比达到显著性水平；各WN3投加量在Cr3处理下无显著性差异，当为5%WN3时土壤pH值达到最大，从对照的7.15提高了0.54。因此，当Ccr较低时，施加WN3对pH值影响较明显，但当Ccr处于较高水平时，WN3对pH作用较小。

3.2 施加污泥材料对污染土壤中Cr赋存形态分布的影响

利用BCR连续提取法分析不同处理条件下土壤中Cr各个赋存形态含量的变化。结果表明，空白对照组土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，分别占31.4%、42.9%，其次是Wo，占土壤总铬的17.2%。在不施加WN3处理下随着Ccr的增加，各形态Cr所占百分比都逐渐增大。

图1、2、3分别表示Cr1、Cr2、Cr3处理下不同WN3添加量对Cr各种赋存形态的影响。图1表明在不同WN3投加量都会影响土壤中Cr的Wa含量，但Wo和Wred含量的波动并不显著。Cr1处理时，除2% WN3处理外，其它处理Wa的Cr与对照相比均显著降低，Wred也有所降低，Wo有增加有减少，而Wres均随着添加量的增加而增加。

图2可以看出，Cr2处理时，Cr主要是Wres和Wa，含量均在32%以上，其次为Wo，而迁移能力较强的Wred的含量则较低。添加WN3使Cr的Wa和Wred百分比降低，Wres和Wo百分比增加。各不同添加量的处理下，当为2%WN3时Cr的Wa与对照组显示明显差异。这可能是由于添加WN3会使Cr形成沉淀，而减轻了Cr的生物有效性。

由图3可知，Cr3处理下，随着培养时间的进行，不同的WN3添加量对土壤Wred的Cr影响较小，却减小了Wa的百分比，提高Wres和Wo Cr的百分比，从而减小Cr的活性，降低Cr对环境系统的有害性。结合图1、2、3可以看出，WN3对土壤Cr的Wa、Wred影响程度随着Cr处理浓度的增大而增大，在5%WN3、Ccr3处理下Cr的Wa形态与对照组的差异最为明显。

图1 Cr1处理下不同WN3添加量对Cr各种赋存形态的影响

图2 Cr2处理下不同WN3添加量对Cr各种赋存形态的影响

图3 Cr3处理下不同WN3添加量对Cr各种赋存形态的影响

4 结论

添加不同量的天然河湖污泥材料对受不同程度重金属Cr污染土壤的pH值有明显的影响。在不添加WN3时，Cr含量与土壤pH值有一定的正相关。当施加WN3后，对低浓度Cr处理的土壤 pH值有显著影响，但在高浓度Cr处理下，WN3对土壤pH影响较小。

不添加WN3和外源Cr时，土壤中Cr主要以Wres和Wa的形式存在，其次是 Wo、Wred；在不添加WN3时，随着Cr浓度的增加，土壤中Cr的各形态含量均有所提高；施入不同量的WN3均不同程度降低了土壤中Cr的Wres和Wa含量，影响程度大小随着Cr处理浓度的增大而增大，且与对照组有显著性差异，但Wo和Wred的变化并不显著。