不同组分与配比钝化剂对Pb、Cd污染土壤修复时效性研究

田雪 李军娟 高育慧 周文君

摘要：为了解不同组分及配比钝化剂对Pb.Cd污染土壤钝化效果及时效性，采用膨润土、沸石、石灰和磷肥作为原料制备钝化剂进行土壤试验。研究发现，钝化剂对土壤中Pb、cd的钝化时效可持续90d以上。且以沸石作为原料制备的钝化剂对土壤中cd的钝化效果最好，以膨润土作为原料制备的钝化剂对土壤中Pb的钝化效果最好。相较于其他配比，磷肥：石灰：粘土矿物比例为1：2：1配比的钝化剂对土壤中cd和Pb的钝化效果较好。

关键词：组分与配比;土壤修复;时效性

现阶段，我国农田重金属污染的主要污染元素是镉（Cd）和铅（Pb）污染。国内外常用的土壤重金属治理方法主要有物理、化学和生物法。但由于客土法、热脱附法等物理方法操作成本高，易造成二次污染，修复范围较小及植物和微生物修复法等生物技术不成熟性，目前农田重金属污染治理依旧是个难题。化学钝化技術是向重金属污染土壤中施加钝化剂，通过吸附、沉淀、螯合等作用，使重金属在土壤中的各赋存形态发生变化，从而降低其生物有效性而达到治理重金属污染的目的。该技术具有处理时间短、经济廉价、适用范围广等优点，是目前较好的重金属污染治理技术之一。常用的钝化剂主要有粘土矿物、石灰性物质、含磷物质等。现阶段我国对土壤重金属化学钝化剂多为投加量及其种类对土壤中重金属的钝化效果影响方面的研究，而很少出现涉及钝化剂组分及比例对钝化效果及时效的影响研究。本研究以膨润土、沸石、石灰、磷肥为主要原料制备不同组分比例的钝化剂，研究其在第30d、60d和90d对农田土壤中Cd、Pb的钝化效果，以期为膨润土或沸石和石灰、磷肥制备钝化剂用于农田土壤中的Cd、Pb污染修复提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

采用梅花布点法，采集0～20cm深度的韶关市郊区某重金属污染土壤进行实验室分析。经测定，试验土壤pH值为6.89，土壤总Cd为2.21mg/kg，浸出量为0.05mg/kg，总Pb为85.92mg/kg，浸出量为0.15mg/kg。

供试钝化剂采用膨润土、磷肥（钙镁磷肥）、石灰、沸石为原料，以一定比例混合均匀制备，研磨后过100目筛。

1.2土壤培养试验

将供试土壤自然风干，剔除杂物后，研磨并过1mm网筛。称取分筛后的土壤500g，多份，置于800mL的透明塑料碗中，选出1份作为空白对照组。除空白组外，以6g/kg浓度按照表1钝化剂的配比分别向其余几份土壤中添加钝化剂，与土壤充分混合均匀后，喷洒去离子水保持土壤含水率在20%～30%。每个处理重复3次。将土壤放置在阴凉通风处养护，定期补充水分保证土壤含水率控制在20%～30%，并在室温环境下培养90d。每隔30d取样检测土壤有效态铅、镉含量。

1.3测定项目与方法

土壤重金属总含量采用三酸消解一石墨原子吸收光谱法测定（GB/T 17141-1997）;重金属浸出量通过醋酸缓冲溶液法进行提取，石墨原子吸收光谱法测定（HJ/T 300-2007）。

1.4计算与统计方法

K（%）=（Co-C）/Co×100

式中：K为钝化率（%）;C为钝化平衡后重金属浸出浓度（ng/mL）;Cn为钝化前重金属浸出浓度（ng/mL）。试验数据用sPSS 20.0进行统计分析。

2

结果分析与讨论

2.1钝化剂对土壤中Cd、Pb的钝化率随时间变化的规律

2.1.1钝化剂对土壤中Cd的钝化率随时间变化的规律。如图1所示，钝化剂的配比及所采用的粘土矿物原料不同，对Cd的钝化率随钝化时间的变化规律均存在一定影响。在膨润土配制的钝化剂中，除BCP-1在钝化的60d对土壤Cd的钝化率最低，在钝化的30d钝化率最高外，其他2种钝化剂均随着钝化时间的延长而降低。BCP-3在钝化的第90d对Cd的钝化率为负值，这可能是由于随着钝化时间的延长，土壤的中游离态的如Ca²⁺、pb²⁺、Mn²⁺的二价金属阳离子与Cd²⁺竞争吸附，导致土壤中游离态的阳离子的减少而促进了土壤中Cd²⁺的浸出量快速增大，使得钝化率为负值。而在沸石配制的钝化剂中，除ZCP-2与BCP-1相同均在钝化的60d对土壤Cd的钝化率最低，在钝化的30d钝化率最高外，其他2种钝化剂均随着钝化时间的而延长而升高。

2.1.2钝化剂对土壤中Pb的钝化率随时间变化的规律。如图2所示，在膨润土配制的钝化剂中，3种配比的钝化剂均在钝化的第90d对Pb的钝化率最大，但三者在钝化的30d、60d对Pb钝化率有所区别，除BCP-2在钝化的30d和60d对土壤Pb的钝化率大致相等外，其他2种钝化剂均在钝化的第60d取得钝化率的最低值。与膨润土配制的钝化剂相同，沸石配制的钝化剂也均在钝化的第90d对Pb的钝化率最大，但在钝化的30d、60d对Pb钝化率有所区别。除ZCP-3对Pb的钝化率随钝化时间的延长而增大外，其他2种钝化剂在钝化的第60d取得钝化率的最低值。ZCP-2在钝化的第60d对Pb的钝化率为负值。

2.2不同钝化剂对土壤中Cd、Pb的90 d平均钝化效果

6种钝化剂对土壤中Cd和Pb的90d平均钝化效果见图3。除BCP-3外其他5种钝化剂对Cd的钝化率均高于Pb。由图3可知，ZCP-1对土壤中的Cd的钝化率最高，钝化率为45.55%，接着依次是ZCP-3、BCP-1、BCP-2、ZCP-2，BCP-3的钝化率最低。就钝化剂组分而言，除磷肥：石灰：粘土矿物比例为1：1：2外，粘土矿物组分为沸石的钝化剂对Cd的钝化效果高于粘土矿物组分为膨润土的钝化剂，就钝化剂配比而言，磷肥：石灰：粘土矿物比例为1：2：1制备的钝化剂对Cd的钝化效果最好。

BCP-2对Pb的钝化率最高，其钝化率为31.46%，BCF-3、BCF-1、ZCP-1、ZCP-3、ZCP-2、BCP-2依次减小。就钝化剂组分而言，所有由膨润土制备的钝化剂对Pb的平均钝化率均大于由沸石制备的钝化剂。就钝化剂配比而言，磷肥：石灰：膨润土比例为1：1：2制备的钝化剂对Pb的90d平均钝化率最高，而在含沸石的钝化剂中，磷肥：石灰：沸石比例为1：2：1制备的钝化剂90d平均钝化率最高。可见，钝化剂对Cd、Pb钝化效果的好坏，是由钝化剂的组成成分与组成配比共同决定的。

3结论

钝化剂的配比及所采用的粘土矿物原料不同对Cd和Pb的钝化率随钝化时间的变化规律均存在一定影响。从整体上看，以膨润土作为原料制备的钝化剂随钝化效果的延长对Cd的钝化率呈下降趋势，而以沸石为原料的钝化呈升高的趋势，而所有钝化剂对土壤中Pb的钝化随钝化时间的延长呈上升趋势。可见，钝化剂的对土壤中Pb、Cd的钝化时效可持续90d以上。

就钝化剂90d钝化效果可以看出，以沸石作为原料制备的钝化剂对土壤中Cd的钝化效果最好，以膨润土作为原料制备的钝化剂对土壤中Pb的钝化效果最好。且从整体上看磷肥：石灰：粘土矿物比例为1：2：1配比的钝化剂对土壤中Cd和Pb的钝化效果较好。