一種非添加外源組分土壤重金屬原位鈍化的生態(tài)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土壤重金屬鈍化方法，具體涉及一種非添加外源組分土壤重金屬原位鈍化的生態(tài)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組分和人類(lèi)賴以生存的基本界面。近些年，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，土壤重金屬污染狀況愈發(fā)嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道，我國(guó)至少有30%的土地受到重金屬污染，其中Pb和Cd已經(jīng)分別成為我國(guó)土壤中污染面積最廣和毒性最大的重金屬類(lèi)污染物。重金屬類(lèi)污染物無(wú)法降解，殘留周期長(zhǎng)，“三致”效應(yīng)顯著；如何凈化土壤重金屬污染物并恢復(fù)土壤圈固有生態(tài)功能，已成為全球環(huán)境生態(tài)學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)階段，土壤重金屬污染修復(fù)方法包括物理法、化學(xué)法、物化法和生物法四大類(lèi)。但其中多數(shù)方法成本較高(如電動(dòng)修復(fù)法)，周期較長(zhǎng)(如植物修復(fù)法)，安全性差(如化學(xué)淋洗法)，修復(fù)難度較大(如納米零價(jià)鐵氧化還原修復(fù)法)。Tessier認(rèn)為，土壤重金屬的存在形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)五類(lèi)，其中可交換態(tài)是直接被作物吸收利用的部分，也是活性最大和修復(fù)過(guò)程的主要目標(biāo)對(duì)象。因此，降低土壤重金屬的可交換態(tài)含量和迀移性能(此過(guò)程稱(chēng)為鈍化過(guò)程)，有助于土壤生態(tài)功能的保育和恢復(fù)，目前已成為土壤重金屬污染修復(fù)的重要手段。
[0004]學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，很多材料都能實(shí)現(xiàn)土壤重金屬的鈍化效應(yīng)，比如無(wú)機(jī)物(膨潤(rùn)土、磷礦粉、粉煤灰等)、有機(jī)物(作物秸桿、畜禽糞便、廚余垃圾等)和人工合成材料(介孔物質(zhì)、納米材料、多酚物質(zhì)等)。這些材料都屬于非土壤固有組分的外源物質(zhì)，其加入必將對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不良干擾，進(jìn)而影響土壤后續(xù)利用的可行性和普適性；同時(shí)，上述材料成本較高(運(yùn)費(fèi)或合成成本)、操作難度大、生態(tài)安全性較差，且鈍化效果的不確定性較多。環(huán)境生態(tài)修復(fù)的原則是對(duì)修復(fù)對(duì)象零干擾或痕量干擾；因此，以土壤固有組分作為土壤重金屬鈍化劑，實(shí)現(xiàn)污染修復(fù)和生態(tài)功能保育的雙重目標(biāo)，便成為具有突出優(yōu)越性的修復(fù)技術(shù)。
[0005]黃土有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體是黃土體系的重要組成部分，其與黃土粘土礦物、黃土鐵錳結(jié)核和黃土有機(jī)質(zhì)(腐殖質(zhì)為主)一起，構(gòu)成了黃土體系的骨架結(jié)構(gòu)。目前，以黃土有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體為鈍化材料，修復(fù)土壤Pb/Cd復(fù)合污染的相關(guān)研究還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種非添加外源組分土壤重金屬原位鈍化的生態(tài)方法，該方法可以有效鈍化Pb/Cd復(fù)合污染。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0008]將土壤樣品及NaCl飽和水溶液于超聲波環(huán)境中攪拌混合后進(jìn)行過(guò)濾，將過(guò)濾得到的濾余物轉(zhuǎn)移入沉降容器中，然后向沉降容器中加水若干次，每次加水后吸取沉降容器中的對(duì)應(yīng)于粘粒級(jí)顆粒的土壤懸浮液，將所述土壤懸浮液烘干得到土壤粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體；利用土壤粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行原位鈍化修復(fù)。
[0009]所述土壤樣品取自黃土。
[0010]所述重金屬污染土壤的土壤類(lèi)型為黃土。
[0011]所述重金屬污染為Pb/Cd復(fù)合污染。
[0012]所述原位鈍化修復(fù)采用尼龍網(wǎng)袋法。
[0013]所述土壤重金屬原位鈍化的生態(tài)方法，具體包括以下步驟:
[0014]I)將黃土樣品及NaCl飽和水溶液于超聲波環(huán)境以及水浴條件下攪拌混合5?20min后用濾紙過(guò)濾，其中，黃土樣品與NaCl飽和水溶液的混合比例為每Ig黃土樣品與10?40mL NaCl飽和水溶液混合，水浴溫度為15?45°C ；
[0015]2)經(jīng)過(guò)步驟I)后，將濾紙上的濾余物轉(zhuǎn)移入沉降容器中，然后向沉降容器中補(bǔ)加水至一定體積，然后進(jìn)行攪拌，攪拌后按照粘粒級(jí)顆粒所對(duì)應(yīng)的斯托克斯沉降時(shí)間進(jìn)行靜置，靜置后吸取沉降容器中對(duì)應(yīng)于粘粒級(jí)顆粒的黃土懸浮液，然后向沉降容器中再補(bǔ)加水若干次，每次補(bǔ)加水至所述體積后進(jìn)行攪拌，并在攪拌后按照所述斯托克斯沉降時(shí)間進(jìn)行靜置，然后再次吸取沉降容器中對(duì)應(yīng)于粘粒級(jí)顆粒的黃土懸浮液，將吸取的所有黃土懸浮液合并后烘干，得到黃土粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體；
[0016]3)將所述黃土粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體裝入尼龍網(wǎng)袋后置于盆缽底部，然后向所述盆缽中裝入Pb/Cd復(fù)合污染黃土，利用所述黃土粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體對(duì)所述Pb/Cd復(fù)合污染黃土進(jìn)行原位鈍化修復(fù)，其中，所述黃土粘粒級(jí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體與Pb/Cd復(fù)合污染黃土的質(zhì)量比為1:10?100，裝入盆缽時(shí)Pb/Cd復(fù)合污染黃土的pH值為5?8，且Pb/Cd復(fù)合污染黃土的持水量為50?80%，鈍化時(shí)間為10?40天。
[0017]所述步驟I)中，攪拌速率為20?80rpm，超聲波功率為25?100W ;所述步驟3)中，鈍化體系溫度為15?45°C。
[0018]所述一定體積優(yōu)選為800?1500mL，所述黃土樣品的重量為32?60g。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]—、該方法對(duì)土壤重金屬(例如Pb/Cd復(fù)合污染)的鈍化效果明顯，最高可以鈍化土壤(以黃土為例)中72.21%和80.25%的可交換態(tài)Pb/Cd。
[0021]二、鈍化過(guò)程不添加非土壤源的外源組分，成本低廉、操作簡(jiǎn)便、生態(tài)安全性好、環(huán)境擾動(dòng)小、實(shí)用性強(qiáng)，可以在鈍化修復(fù)土壤Pb/Cd復(fù)合污染的同時(shí)保育土壤生態(tài)功能，具有潛在的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，以下說(shuō)明是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0023]土壤(例如黃土 )有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體比表面積較大、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、活性官能團(tuán)較多，具備作為重金屬鈍化劑的天然優(yōu)勢(shì)；更為重要的是，作為一種“純天然”的土壤“內(nèi)源”組分，鈍化過(guò)程對(duì)土壤功能的影響能夠降到最低，這使其成為極具鈍化優(yōu)勢(shì)的修復(fù)材料。因?yàn)橥寥烙袡C(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體無(wú)法一次完全提取出來(lái)，需要反復(fù)操作，在土水體系中，這個(gè)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體會(huì)進(jìn)入到上層液面體系，因?yàn)槠涿芏认鄬?duì)于粘土礦物、鐵錳結(jié)核等較輕。粘粒級(jí)(< 2 μ m)的黃土有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體提取，包括以下步驟:將經(jīng)過(guò)NaCl飽和水溶液(NaCl飽和水溶液起到”分散”和“保證土壤體系電解質(zhì)平衡”的作用)預(yù)處理后的土壤樣品移入沉降容器(例如量筒)中，然后補(bǔ)加水并于沉降容器外壁標(biāo)記液面高度、攪拌(用沉降棒沿沉降容器上下攪拌I?4min)，根據(jù)之前加的土(指土壤樣品)和水(指補(bǔ)加水)的比例(即土水比)以及溫度，查斯托克斯表，確定粘粒級(jí)(<2μπι)對(duì)應(yīng)的斯托克斯沉降時(shí)間，按照該斯托克斯沉降時(shí)間進(jìn)行靜置后，吸取表層土壤懸浮液(粘粒級(jí)位于表層)，然后再加水至相同高度、攪拌(用沉降棒沿沉降容器上下攪拌I?4min)提取，靜置，吸取懸濁液；可反復(fù)操作到液面清亮，吸取的懸浮液于60°C以下烘干(溫度高破壞有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體)。
[0024]實(shí)施例1
[0025]I)黃土樣品去雜、均化:取一定量黃土樣品(黃土樣品取自未污染旱地黃土)及NaCl飽和水溶液，將黃土樣品及NaCl飽和水溶液置于超聲波環(huán)境中，并在水浴下攪拌20min，撇掉表面的少量漂浮雜質(zhì)，然后用濾紙進(jìn)行過(guò)濾，其中，黃土樣品(40g)與NaCl飽和水溶液的比例為Ig:40mL(即每Ig黃土樣品與40mL NaCl飽和水溶液混合)，超聲波功率為100W，水浴溫度為25 °C，攪拌速率為80rpm ;
[0026]2)將濾紙上的濾余物轉(zhuǎn)移入量筒中，然后加水至量筒的100mL刻度處(45cm高度)，然后進(jìn)行攪拌(4min)，攪拌后按照查表(土水比為4% ;溫度為25°C )得到的斯托克斯沉降時(shí)間進(jìn)行靜置(恒溫條件下進(jìn)行，下同)，靜置后吸取沉降容器中表層4cm高度黃土懸浮液(粘粒級(jí)顆粒位于該層，肉眼即可觀察到分層，下同)，然后向沉降容器中再補(bǔ)加水4次，每次補(bǔ)加水至100mL刻度處后進(jìn)行攪