几种钝化剂对污染土壤 Cu、Cd 的固定效果

　　第3章 几种钝化剂对污染土壤 Cu、Cd 的固定效果

　　本文选择粉煤灰、石灰石、生物调理剂、麦饭石及其改性材料作为供选择的化学钝化剂，通过解吸实验结果分析并结合经济效益，确定选择哪些钝化材料作为研究对象及其在土壤中的合理施加量。粉煤灰是工厂排放的固体废弃物，若不被合理利用，既对环境造成污染，又占用大量耕地，工厂还要支付灰场建设和管理费，如果将粉煤灰作为一种资源，资源化综合利用，就可以变废为宝，有利于环境、经济、社会的协调发展；石灰石是分析纯试剂，碱性物质；生物调理剂以麦饭石、石灰石、腐殖质等材料复配而成的有机-无机联合材料；麦饭石中含有对生物生长发育有益、可调节动植物生长的具有良好的溶出性、矿化性和生物活性的多种常量、微量和稀土以及微量氨基酸，这些元素对水中元素和水质 pH 值的双向调节性，对生物无毒无害，且麦饭石的特殊结构使其具有良好的吸附性。

　　3.1 粉煤灰、石灰石、生物调理剂对土壤 Cu、Cd 解吸的影响。

　　为了较准确的了解粉煤灰、石灰石、生物调理剂对供试重金属污染土壤中 Cu、Cd 的活性的影响，设置粉煤灰施加梯度为 20、40、60、80g/kg 土；石灰石施加梯度为 4、6、8、10g/kg 土；生物调理剂施加梯度为 4、8、12、16g/kg 土，实验结果如图 3-1 所示。

　　粉煤灰、石灰石、生物调理剂三种钝化剂对土壤中 Cu、Cd 的固定率均随着施加量的增加而增大，到一定值时趋于稳定。其中石灰石的效果是最好的，且在施加量只有 4g/kg 土时就达到了很高的固定率，这与杜志敏（2010）等的研究结果是一致的，石灰石的施加能显著提高土壤的 pH,而土壤胶体及土壤黏粒对重金属离子的吸附能力会随着土壤 pH 增加而减弱，使土壤中重金属有效性降低，减少可交换态重金属离子数量[86]

　　.生物调理剂的钝化效果良好，对土壤中 Cu 的固定效果在6g/kg 土时对土壤趋于稳定，达到 89.6%;虽然随着调理剂的增加，对土壤 Cd 的固定率仍在增加，但是增大的幅度不大，在施加量为 6g/kg 土时，对土壤 Cd 的固定率达到 56.3%.粉煤灰的效果最差，随着施加量的增加固定率在增加，但增加的幅度也不大且仍低于其他两种钝化剂的使用，施加量为 80g/kg 土时达到最佳效果，较其他两种钝化剂用量高很多，使用效果不理想。

　　3.2 天然及改性麦饭石对土壤 Cu2+、Cd2+解吸的影响。

　　天然麦饭石资源储存量丰富、购买价格低廉，具有诸多特性，如吸附性、生物活性和有益微量元素溶出性能等。除此之外，麦饭石还易于改造，形成复合麦饭石，以突出上述优良特性或者增加新的理化特性，将它作为吸附剂，实现经济和环保的双收益，因而具有十分广阔的应用前景。天然麦饭石含有丰富的空隙，其中填充着各种杂质，对麦饭石的吸附能力有较大的阻碍影响，改性处理可以有效的去除这些杂质，疏通麦饭石的空隙，增大麦饭石的比表面积，对其吸附性能有良好的改善，对吸附效率有较大的提高，因此，对天然麦饭石进行改性研究具有重要的意义。

　　将正交试验制备的不同条件下 9 组盐碱改性麦饭石处理供试土壤后，设置施加梯度为 30、40、50g/kg 土，钝化材料对供试土壤重金属铜镉的固定率如表 3-1（天然）、3-2（盐）、3-3（碱）所示，并对结果进行正交分析，选择最佳的改性条件制备的改性材料及其最佳使用量，为盆栽实验提供数据基础。

　　在实验范围内，随着施加量的增加天然麦饭石对土壤 Cu、Cd 的固定效果增加后稳定，故以 50g/kg 土施加量为供试实验条件。表 3-2、3-3分析结果表明，不同盐 Na2SO4、碱 KOH 改性条件制备的麦饭石对土壤中铜镉均有一定的固定效果，综合分析实验 4 条件下效果最优，盐麦饭石对土壤 Cu 的固定率为 96.51%,对土壤 Cd 的固定率为 63.62%,即 Na2SO4改性改性条件确定为0.5mol/L、50mL、1h,施加量为 50g/kg 土；碱改性麦饭石对土壤 Cu 的固定率为96.37%,对土壤 Cd 的固定率为 71.20%,即 KOH 改性条件为 2.0mol/L、50mL、8h,施加量为 50g/kg 土。从经济实惠、操作便捷角度出发，盐改性处理后无需抽滤清洗至中性，而碱改性处理后需将改性材料洗至中性，实验过程繁琐，需要消耗大量的去离子水，两者对土壤中铜镉的固定效果接近，故而选择盐改性条件制备的改性麦饭石作为供试钝化材料。

　　3.3 本章小结。

　　通过解吸实验结果表明：

　　⑴在实验范围内，粉煤灰对土壤重金属的固定率随着用量的增加而提高，粉煤灰的用量为 80g/kg 土时，土壤中重金属的 Cu、Cd 固定率分别为 85.1%和 47.8%;石灰石的效果很好，在施加梯度内基本稳定，施用量在 2g/kg 土时，对土壤中 Cu、Cd 的固定率分别为 96.5%和 74.2%.生物调理剂在施加梯度内固定效果先增加后稳定，施加量为 6g/kg 土基本稳定，对土壤 Cu、Cd 的固定率分别为 88.8%和 58.3%.

　　⑵在设定的施加梯度范围内，天然麦饭石和盐碱改性麦饭石使用量为 50g/kg土时达到对土壤铜镉固定率的最佳状态，盐、碱改性麦饭石的作用效果明显优于天然麦饭石的作用效果，相比天然麦饭石，在施加量为 50g/kg 土时对土壤 Cu 固定率分别提高 17.5%和 21.0%,对土壤 Cd 的固定率分别提高 72.5%和 84.3%.碱改性麦饭石的作用效果微优于盐改性麦饭石的作用效果，从处理工艺简单角度考虑，盐改性麦饭石工艺更简单、方便，选择盐改性麦饭石作为钝化剂研究对象。