CN101722184A - 重金属污染土壤的蒙脱土原位修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的蒙脱土原位修复方法，在重金属污染的土壤中添加比例不超过8％的蒙脱土混匀，蒙脱土粒度为过100目筛。该修复方法可以有效固定土壤中的多种重金属，尤其是Cu、Zn、Cd，防止重金属在土壤中迁移进入植物体内，从根本上防止重金属进入食物链，操作简单，治理成本低，且不会产生二次污染，能够在短时间内降低污染程度，减少植物对重金属的吸收，是一种安全、有效的重金属污染土壤修复方法。

Description

重金属污染土壤的蒙脱土原位修复方法

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，具体涉及重金属污染土壤的物理化学修复技术。

背景技术

随着工农业的迅猛增长，土壤重金属污染的问题越来越严重。据国家环保总局报道，目前我国受Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，约占总耕地面积的1/5。由于重金属污染同时具有普遍性、隐蔽性、长期性等特点，治理重金属污染土壤仍是当今世界的一大难题。

土壤重金属污染一方面会通过污染食物链或污染大气而危害人畜的健康，引发癌症或慢性疾病等；另一方面可能导致农作物减产或绝收。目前土壤重金属污染治理方法可归纳为物理工程措施、生物措施、改良措施、农业措施四种。每种方法都存在其优缺点：用工程措施来治理重金属污染土壤，具有效果彻底、稳定等优点，但工程量大、治理费用高和易引起土壤肥力减弱。生物措施实施较简便、投资较少和对环境拢动少，但治理效率低(如超积累植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且周期长)，不能治理重污染土壤(因高耐重金属植物不易寻找)。而加入到修复现场土壤环境中的微生物抗性差、难以很快适应，在土壤环境中的移动性能差，易受污染物毒性效应的抑制。用农业措施来治理重金属污染土壤，具有可与常规农事操作结合起来进行、费用较低、实施较方便等优点。但存在有些方法周期长和效果不显著等缺点。

传统的改良剂是磷酸盐、石灰、黏土矿物、粉煤灰、泥炭等，成本较高，在修复过程中对单一重金属污染土壤的修复效果比较显著，而对于几种元素伴生的污染现象处理效果并不突出。传统的固定剂能够产生二次污染，在土壤条件改变时，稳定性受到影响。例如，申请号为200510002116.x(公开号为CN1631561A)的申请文件公开了一种名称为“重金属污染土壤原位修复剂”，其主要由钠基膨润土、海泡石、凹凸棒石、粉煤灰及微生物菌根按一定比例混合加入土壤中，虽然能够达到一定的效果，但由于其中的粉煤灰是工业原料，粉煤灰中的有害成分是未燃尽炭粒，其吸水性大，强度低，易风化，可能会改变土壤的团聚结构，影响土壤的保肥和蓄肥能力。在这四种修复剂存在的条件下微生物菌根能发挥的作用也可能受到制约。

蒙脱土是土壤中比表面积大、分布很广的一种粘土矿物，也是土壤中主要的活性组分之一，具有典型的2:1型层状结构，为少量碱及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，层间域存在着大量可交换的亲水性无机阳离子。其理想的化学式为：(Na，Ca)_0.33(Al，Mg，Fe)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂·n H₂O。蒙脱土晶体化学特点是类质同象种类多，使之化学成分复杂，变化大。八面体空隙中的Al³⁺常被低价的Mg²⁺、Fe²⁺置换；四面体空隙中的Si⁴⁺被Al³⁺置换，由于低价阳离子替代高价阳离子，使结构层产生多余的负电价。为了保持电中性，在结构层之间，除水分子外，存在较大半径的阳离子Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。这些阳离子是可交换的，使蒙脱土具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列很有价值的特性，广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品等领域，是一种用途广泛的天然矿物材料。

蒙脱土是膨润土矿的目的矿物，世界膨润土资源丰富，分布甚广，总储量约为25亿吨，其中美国、原苏联和中国的储量占世界储量的3/4，其次是意大利、希腊、澳大利亚和德国。我国膨润土矿产遍布全国23个省，大型矿床20多个。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种重金属复合污染土壤的蒙脱土原位修复方法，具有成本低(可以用很低的价格大批量买到)、效果好、应用范围广、无二次污染的优点。

本发明的技术方案是直接将纳米钠基蒙脱土添加到重金属污染土壤中混匀，纳米钠基蒙脱土添加比例≤8％wt，粒度为≤100目。

有益效果：

(1)本方法采用的蒙脱土是天然的纳米材料，体现了天然自净化作用的特色，可以有效固定土壤中的多种重金属，土壤中有效态Cu、Zn、Cd的含量显著降低，可以有效防止重金属在土壤中迁移进入植物体内，从而减少了重金属对植物的毒害作用，植物的生物量显著增加，植株的重金属含量显著降低，从根本上防止重金属进入食物链。

(2)应用蒙脱土修复重金属污染土壤适合于原位修复，与工程措施、电动修复等方法相比，操作简单，便于实施。与活性炭(20-22$·kg^-1)、沸石(15.4$·kg^-1)、纳米零价铁(40$·kg^-1)等常用修复剂相比，蒙脱土(0.04-0.12$·kg^-1)成本低，且蒙脱土化学性能稳定，不会产生二次污染，能够在短时间内降低污染程度，减少植物对重金属的吸收，是一种安全、有效的重金属污染修复材料，有利于大面积重金属污染土壤的修复。

(3)应用蒙脱土修复重金属污染土壤，可同时固定土壤中多种重金属，特别是Cu、Zn、Cd，能在短时间内降低污染程度。由于蒙脱土是土壤粘土矿物，，用它来修复污染土壤，不会对土壤产生二次污染。本发明通过向重金属污染土壤中添加蒙脱土，通过蒙脱土对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性，从而改善植物生长条件，来实现重金属污染土壤的修复是一个可行的途径。本发明对于蒙脱土的开发研究以及重金属污染土壤的修复具有重大的意义。

附图说明

图1为蒙脱土的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下实施例采用的蒙脱土，粒度小于或等于100目。其性质见表1。蒙脱土主要矿物成分为蒙脱石(84％wt)，含少量石英(16％wt)。

表1

实施例1

本实例采用室内培养实验，恒温恒湿下，在江西贵溪重金属污染红壤中添加蒙脱土。本发明所用纳米纳基蒙脱土来自浙江安吉县，扫描电镜照片如图1所示，图1中显示蒙脱土有着不规则表面，表明其具有较高的比表面积。

试验用的培养器皿为：250ml的聚乙烯塑料瓶。试验用污染土壤为：过2mm筛的重金属污染土壤600g，将污染土壤分成三等分装瓶，每瓶中添加不同含量的蒙脱土，添加量为≤8％wt。将蒙脱土与土壤混匀，然后再加水调节至土壤最大田间持水量的70％wt，放入培养箱，25℃恒温培养1个月后，用0.1M的HCl浸提，计算经过处理的土壤中有效态重金属的含量。施入蒙脱土的土壤其有效态重金属的含量显著降低，以添加4％wt为例，有效态Cu、Zn、Cd分别降低了44.6％wt、37.2％wt、34.9％wt。

实施例2

本实例采用盆栽试验，温室条件下，在重金属污染土壤中添加蒙脱土，种植黑麦草。本实例所采用的供试植物为一年生黑麦草(Loliummultiflorum Lam)。

每公斤土添加不同含量的蒙脱土，添加量为不超过8％wt。污染土加入蒙脱土培养两周后，施入基肥。通过称重法浇水保持土壤的含水量为田间持水量的60％wt～70％wt。收获两茬黑麦草，两茬的生长期均为50天。与对照相比，例如，添加量为4％wt时，第一茬地上部份生物量增加了113％wt，第二茬地上部份生物量增加了99.3％wt。测定并计算植株地上部地上部重金属含量及土壤中有效态重金属含量，其结果参见表2所示。计算公式为：

$K=1-\frac{\mathrm{Ce}}{\mathrm{Ci}}$

上式中：K＝重金属总量降低效率；Ce＝污染土壤固定后植株或土壤中的重金属含量(mg/kg)；Ci＝污染土壤固定前植株或土壤中的重金属含量(mg/kg)。表2为蒙脱土添加量为4％时重金属在植物和土壤中的降低效率。

表2

重金属	第一茬植株中重金属总量降低效率％	第二茬植株中重金属总量降低效率％	土壤中有效态重金属降低效率％
				Cu	63.1	72.0	23.4
Zn	21.4	19.6	53.5
				Cd	79.6	32.5	2.52

表3为蒙脱土添加量为8％时重金属在植物和土壤中的降低效率。

表3

重金属	第一茬植株中重金属总量降低效率％	第二茬植株中重金属总量降低效率％	土壤中有效态重金属降低效率％
				Cu	75.2	76.7	33.3
Zn	22.2	34.5	30.0
				Cd	60.3	40.6	11.6

从表2及表3中可以对比看出，添加8％wt蒙脱土对污染土壤Cu、Zn、Cd同时具有很好的固定效果，其中对Cu的固定效果最好，与对照相比，第一茬、第二茬黑麦草地上部的Cu含量分别降低了75.2％wt、76.7％wt，土壤中有效态Cu含量降低了33.3％wt。

Claims (3)

1.一种重金属污染土壤的蒙脱土原位修复方法，其特征在于，将纳米钠基蒙脱土直接添加到重金属污染的土壤中混匀。

2.根据权利要求1所述的蒙脱土原位修复方法，其特征在于，添加纳米钠基蒙脱土的比例≤8％wt。

3.根据权利要求1或2所述的蒙脱土原位修复方法，其特征在于，纳米钠基蒙脱土的粒度为≤100目。

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