体外消化法评价稳定剂对土壤重金属的稳定效率

2021-03-04檀建国郭凤锐

辽宁化工 2021年2期

檀建国，郭凤锐

（1. 邯郸市环境保护研究所，河北邯郸 056002； 2. 河北润和环境科技有限公司，河北邯郸 056008）

目前，国内外采用了很多原位治理方法以降低土壤中重金属的环境危害性。然而，在对治理效果的评价时，大多采用化学试剂浸提的方法，国内鲜见采用体外消化模型法对土壤重金属治理的效果进行评价的报道，基于此，本研究拟采用SBET（Simple Bioavailability Extraction Test）方法对含磷材料在土壤重金属的稳定效果进行评价，为重金属污染土壤的原位治理提供理论支持极具现实意义[1-5]。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品采集与制备

供试土壤采自某废弃冶炼厂，采集深度0～20 cm。均为多点采集经人工混匀后的组合样。样品经风干、研磨过1 mm 尼龙筛、混匀并分别编号为SY-1、SY-2 和SY-3 后置于可密封聚乙烯容器中，贴标、备用。

1.1.2 样品分析

理化性质分析结果表明，SY-1 和SY-2 为砂质黏壤土，SY-3 为典型的砂土，各供试土壤黏土矿物含量较低，虽然钙元素含量较高，但pH 值均较低（＜6.0），酸化严重，总有机碳（TOC）和全磷含量均较低。

1.2 数据分析方法

本实验仅对土壤中As、Pb 和Cd 的生物可给度进行评价，生物可给度采用下列公式进行计算：

式中：CB—SBET 提取液中重金属离子质量浓度，mg·L-1；

V—浸提体积，L；

CT—土壤重金属全质量分数，mg·kg-1；

m—浸提土壤质量，kg。

1.3 实验方法

1.3.1 土壤稳定

稳定试剂的组合设计如下：

T1：H3PO4+CaO

T2：Na2S+CaCO3

T3：H3PO4+Na2S+CaCO3

T1、T2和T3均设置3 份，同时设置以去离子水代替稳定剂的控制实验T0。

1.3.2 四酸消解法

土壤中重金属的含量采用四酸（HCl+HNO3+HF+HClO4）消解法。具体操作步骤为：准确称取过250 µm（60 目）孔筛的样品0.200 0 g 于聚四氟乙烯坩埚中，加2 mL HF、5 mL HNO3、2 mL HClO4后加热至冒白烟，加入5 mL HCl 继续加入至近干，取下冷却后转移至50 mL 容量瓶中，定容、过滤后采用ICP-OES、ICP-MS 和HG-AFS 测定溶液中各金属离子的含量。

1.3.3 SBET 体外消化法

SBET 体外消化模型的操作步骤为：准确称取过250 µm（60 目）孔筛的样品1.000 g 于聚乙烯瓶中，加入100 mL 氨基乙酸-盐酸缓冲溶液（用盐酸调节0.4 mol·L-1氨基乙酸（H2NCH2COOH）溶液至pH=1.50±0.05），置于恒温水浴翻转振荡器中，调节温度为37.0 ℃，翻转频率为30±2 r·min-1，振荡1 h。提取完成后，采用0.45 µm 膜过滤，滤液酸化后用ICP-OES、ICP-MS 和HG-AFS 测定溶液中各重金属离子含量。

2 结果与讨论

稳定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可给度如表1 所示：

表1 稳定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可给度

稳定前后各土壤中As、Pb 和Cd 的生物可给度评价结果如图1 所示。

图1 稳定前后土壤中Pb、Cd 和As 的生物可给度

根据稳定前后土壤中Pb、Cd 和As 的生物可给度变化，采用下列公式计算各试剂组合对Pb、Cd和As 的稳定效率：

式中：SBET(To)—未添加稳定剂土壤中各元素的生物可给度；

SBET(Tx)—添加TX 试剂组合后土壤中各元素的生物可给度。

计算结果如表2 所示：

表2 重金属元素经不同稳定试剂处理后的稳定效率

土壤中重金属的生物可给度通常低于50%，本实验中，稳定前，土壤SY-1、SY-2 和SY-3 中As的生物可给度分别为：0.52%、1.24%和0.21%；Pb的生物可给度分别为：3.51%、2.96%和1.15%；Cd的生物可给度分别为：62.51%、71.44%和63.66%。经T1和T3稳定后，各土壤Pb 和Cd 的生物可给度降低，As 生物可给度升高；经T2稳定后，各土壤Pb、As 和Cd 的生物可给度小幅降低。

在SBET 提取条件下，含磷物质有利于磷酸盐沉淀或矿物的形成，可导致Pb 和Cd 的生物可给度被低估。经T1和T3稳定后，各土壤As 的生物可给度升高；经T2稳定后，各土壤As 的生物可给度降低，表明在哺乳动物消化系统内，磷酸根离子与砷酸根离子之间存在着竞争吸附。