我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題嚴(yán)峻,直接威脅著人類的生存健康,嚴(yán)重影響社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)嚴(yán)重的土壤污染問(wèn)題,科學(xué)家研了諸多環(huán)境修復(fù)材料,其中黏土礦物具有自身獨(dú)特的物理化學(xué)結(jié)構(gòu),是極具修復(fù)潛力的一種環(huán)境材料?;诖?,本文綜述我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀,介紹以膨潤(rùn)土、沸石和凹凸棒為代表的黏土礦物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)研究進(jìn)展,可為環(huán)境修復(fù)材料的研究提供借鑒。
關(guān)鍵詞:土壤研磨機(jī),土壤篩分機(jī);黏土礦物;重金屬;污染土壤。
由于工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展,人類對(duì)自然資源的大量掠奪式占用,引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,承載了巨大的環(huán)境壓力。污染物通過(guò)各種途徑最終進(jìn)入土壤環(huán)境,不斷累積,被植物吸收,進(jìn)而進(jìn)入食物鏈,直接威脅著人類的生存健康,嚴(yán)重影響著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)嚴(yán)重的土壤污染問(wèn)題,科學(xué)家積極進(jìn)行探索,研究了很多修復(fù)治理方法,開(kāi)發(fā)了諸多環(huán)境修復(fù)材料。其中,黏土礦物具有自身獨(dú)特的物理化學(xué)結(jié)構(gòu),是極具修復(fù)潛力的一種環(huán)境材料。黏土礦物作為修復(fù)材料可吸附固定土壤中的污染物,減少植物對(duì)其的吸收,從而有效防止污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害。
我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀 重金屬污染是土壤污染問(wèn)題中最為嚴(yán)重的一個(gè)方面,全世界每年因工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市生活垃圾排放、交通污染、污水灌溉等向環(huán)境中排放了大量的重金屬污染物,其中汞約1.5萬(wàn)t、鉛500.0萬(wàn)t、錳1500.0萬(wàn)t、銅340.0萬(wàn)t,帶來(lái)了嚴(yán)重的土壤污染問(wèn)題。有報(bào)道指出,自2008年以來(lái),我國(guó)發(fā)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[1]。2014年全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)顯示,我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題不容樂(lè)觀,土壤超標(biāo)率達(dá)到16.1%,南方重金屬污染情況明顯高于北方,西南、中南地區(qū)污染物嚴(yán)重超標(biāo)。我國(guó)受重金屬污染的耕地面積占總耕地面積的1/5,約有2000萬(wàn)hm2,超標(biāo)大田農(nóng)作物耕地面積約60萬(wàn)hm2,其中以鉛、汞、鎘、銅及其復(fù)合污染尤為嚴(yán)重[2]。每年因重金屬污染帶來(lái)了大范圍糧食減產(chǎn),造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于土壤重金屬污染問(wèn)題,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)污染源的得力監(jiān)管,修復(fù)治理應(yīng)采用防治結(jié)合的有效措施。 黏土礦物在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用 針對(duì)嚴(yán)重的土壤重金屬污染問(wèn)題,現(xiàn)有的修復(fù)治理措施主要包括客/換土法、電解法、熱處理法、生物修復(fù)等,但各個(gè)修復(fù)方法均有其自身的優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)因地制宜地選擇利用。近年來(lái),針對(duì)重金屬污染修復(fù)材料的研發(fā)成為學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn),黏土礦物因其自身獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),在重金屬污染修復(fù)治理方面發(fā)揮了顯著的作用。目前應(yīng)用的黏土礦物主要包括膨潤(rùn)土、沸石、凹凸棒等。 ?。ㄒ唬┡驖?rùn)土 膨潤(rùn)土的主要礦物成分為蒙脫石,在我國(guó)分布廣且儲(chǔ)量大,對(duì)多種重金屬元素都具有一定的修復(fù)效果。汞鐵軍等[3]研究表明,膨潤(rùn)土可用于重金屬污染修復(fù)治理,膨潤(rùn)土與重金屬會(huì)生成Pb(NO3)2和CdCO3等物質(zhì),使重金屬的沉淀率均在85%以上。師俊杰等[4]研究表明,施用膨潤(rùn)土以及膨潤(rùn)土與叢枝菌根真菌復(fù)合處理均可有效降低土壤中有效態(tài)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[5]對(duì)比了膨潤(rùn)土對(duì)4種重金屬離子的富集系數(shù),結(jié)果顯示富集系數(shù)大小為Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+。謝正苗等[6]采用膨潤(rùn)土修復(fù)礦區(qū)鉛、鋅污染土壤,研究得出在pH=5的條件下,膨潤(rùn)土∶污染土壤=1∶5時(shí),修復(fù)效果最好。另有研究者將殼聚糖負(fù)載在膨潤(rùn)土上制成顆粒狀的吸附劑,用于鋅污染土壤修復(fù),結(jié)果表明,pH為6~8的條件下,膨潤(rùn)土與殼聚糖的質(zhì)量比為1∶20,鋅質(zhì)量濃度≤200m/L,吸附平衡時(shí)間5min,重金屬鋅的去除率達(dá)到了98%[7]。 (二)沸石 天然沸石具有很強(qiáng)的選擇吸附能力,吸附容量和離子交換能力均較大,在修復(fù)改良土壤方面具有顯著的作用。有研究人員利用沸石修復(fù)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(shí),萵苣葉片中鎘含量較對(duì)照減少了86%[8]。Nissen等[9]研究發(fā)現(xiàn),污泥中添加0.5%和1.0%的沸石,90d內(nèi)污泥中移動(dòng)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[10]利用沸石修復(fù)鎘污染土壤,結(jié)果表明,沸石可降低交換態(tài)鎘含量,促進(jìn)交換態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等低活性轉(zhuǎn)化。Hamidpour等[11]對(duì)比了沸石和膨潤(rùn)土對(duì)于鎘、鉛復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果,結(jié)果顯示,沸石對(duì)鎘和鉛的吸附能力優(yōu)于膨潤(rùn)土,更加有效地降低了土壤鎘、鉛的生物有效性以及農(nóng)作物玉米地上部分和根部中的鎘含量。Mahabadia等[12]研究指出,天然沸石促使黏土、沙土、沙壤土和壤土等不同質(zhì)地土壤鎘浸出量顯著減少,15%的沸石添加量對(duì)鎘的吸附效果最佳。 ?。ㄈ┌纪拱?/span> 凹凸棒是一種含水的層鏈狀鎂質(zhì)硅酸鹽礦物,具有較大的比表面積和很強(qiáng)的吸附性能。凹凸棒廉價(jià)易得,在土壤重金屬污染的原位鈍化修復(fù)中得以應(yīng)用。使用凹凸棒黏土礦物可提升土壤pH值,提高了土壤對(duì)重金屬的吸附能力,當(dāng)污染土壤與凹凸棒的質(zhì)量比為20∶1時(shí),對(duì)銅、鋅、鎘等重金屬污染土壤的修復(fù)效果最佳,銅、鋅、鎘的修復(fù)率平均達(dá)31.50%、26.15%、34.92%,有效減少了蔬菜對(duì)其的吸收[13]。楊秀紅等[14]通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了凹凸棒對(duì)銅污染土壤的修復(fù)效果,結(jié)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[15]采用凹凸棒開(kāi)展了野外大田原位修復(fù)試驗(yàn),結(jié)果表明施用凹凸棒顯著降低了土壤中DGT提取態(tài)鎘,3a試驗(yàn)期間凹凸棒促使小麥和水稻籽粒中鎘含量持續(xù)下降。 結(jié)語(yǔ) 黏土礦物儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉,是重金屬污染土壤修復(fù)治理的新途徑,具有很大的應(yīng)用潛力。采用其修復(fù)治理重金屬污染土壤可原位進(jìn)行,操作簡(jiǎn)單,不會(huì)產(chǎn)生二次污染。目前,利用黏土礦物的修復(fù)治理大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,工程應(yīng)用非常少,亟待不斷深化相關(guān)研究,探索最適的應(yīng)用條件及修復(fù)治理能力,針對(duì)性地進(jìn)行改性處理,不斷提高黏土礦物作為環(huán)境材料的修復(fù)治理能力,發(fā)揮其更大的應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn):