不同钝化剂对酸性土壤中重金属的钝化修复研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191200928

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (33): 71-79.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191200928

所属专题：土壤重金属污染

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

不同钝化剂对酸性土壤中重金属的钝化修复研究进展

周春海¹^,²(), 张振强², 黄志红², 肖选虎², 杨雍康¹, 祖艳群¹, 李元¹()

¹云南农业大学资源与环境学院,昆明 650201
²圣清环保股份有限公司,昆明 650093

收稿日期:2019-12-09 修回日期:2020-04-22 出版日期:2020-11-25 发布日期:2020-11-18
通讯作者: 李元
作者简介:周春海,男,1995年出生,山东东营人,硕士研究生,主要从事重金属污染土壤修复研究。通信地址：650201 云南农业大学资源与环境学院,E-mail： 836911080@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目“纵向岭谷区金属采选场地及周边土壤污染防治技术研发与模式构建”(2018YFC180260);云南省重点研发专项“重金属污染控制及农产品安全生产关键技术研究”(2018BB017);云南省重点研发专项“云南典型金属矿区小流域生态保护与修复技术研究与应用示范”(2019BC001-04)

Passivation and Remediation of Heavy Metals in Acid Soil with Different Passivators: A Research Progress

Zhou Chunhai¹^,²(), Zhang Zhenqiang², Huang Zhihong², Xiao Xuanhu², Yang Yongkang¹, Zu Yanqun¹, Li Yuan¹()

¹College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201
²Shengqing Environmental Protection Co., Ltd., Kunming 650093

Received:2019-12-09 Revised:2020-04-22 Online:2020-11-25 Published:2020-11-18
Contact: Li Yuan

摘要/Abstract

摘要：

化学钝化修复技术是土壤重金属污染修复的重要方法之一,其钝化成本低、效率高、种类丰富,具有良好的前景。随着目前环境因素复杂化,土壤酸化日益严重,酸性土壤中重金属也变得多种多样,钝化修复能够较好的响应土壤环境变化,对酸性土壤中重金属污染的土壤修复前景较好。本文对单一型及复合型钝化剂的种类、作用原理、存在的问题进行了总结归纳,并分别对其各类型钝化剂研究进展及现状进行综述。单一类钝化剂主要分无机类和有机类钝化剂,其中无机类钝化剂种类较多,应用较广,主要通过吸附、络合、共沉淀等方式钝化土壤中重金属;复合型钝化剂主要有无机—无机、无机—有机、有机—有机型,其作用原理与单一型钝化剂相似,与复合型钝化剂相比单一型钝化剂对多重金属污染土壤的修复效果不明显。与此同时针对目前酸性土壤中镉、铅、砷的钝化修复研究进展进行综述,酸性土壤主要通过调节土壤pH来对其修复,基于此总结归纳了酸性土中3种重金属的最适钝化剂种类及其作用机理,针对当前重金属污染土壤修复存在的问题进行了展望,以期对钝化剂修复重金属污染的土壤提供参考。

关键词: 土壤, 重金属, 酸性, 钝化剂, 单一型, 复合型

Abstract:

With its low passivation cost, high efficiency, rich variety and good prospects, chemical passivation repair technology is one of the important methods for soil heavy metal pollution restoration. As current environmental factors become more complex and soil acidification becomes more serious, heavy metals are common and diverse in acidic soil. Passivation and remediation can better response to changes of soil environment, and have a good prospect in the restoration of acid soil polluted by heavy metals. In this paper, the types, working principles and existing problems of single and composite passivators are summarized, and the research progress and current status of each type of passivators are reviewed. The single type of passivators is mainly divided into inorganic and organic. Among them, inorganic passivators are various and widely used, mainly passivated the heavy metals in the soil by adsorption, complexation, coprecipitation and so on. The composite passivators mainly include inorganic-inorganic, inorganic-organic and organic-organic, with the action principle similar to that of single-type passivators. Compared with composite passivators, the single-type passivators have a less significant result in the restoration of multi-metal contaminated soil. At the same time, the research progress of passivation and remediation of cadmium, lead and arsenic in acid soil is reviewed. The acid soil is mainly restored by adjusting soil pH. Based on this, the optimum passivator type and mechanism of the three heavy metals in acid soil are summarized, and the types of agents and their mechanism of action in heavy metal contaminated soil remediation are discussed, to provide references for the use of passivators to restore heavy metal contaminated soil.

Key words: soil, heavy metal, acid, passivation agent, single type, composite type

中图分类号:

周春海, 张振强, 黄志红, 肖选虎, 杨雍康, 祖艳群, 李元. 不同钝化剂对酸性土壤中重金属的钝化修复研究进展[J]. 中国农学通报, 2020, 36(33): 71-79.

Zhou Chunhai, Zhang Zhenqiang, Huang Zhihong, Xiao Xuanhu, Yang Yongkang, Zu Yanqun, Li Yuan. Passivation and Remediation of Heavy Metals in Acid Soil with Different Passivators: A Research Progress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(33): 71-79.

图/表 3

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钝化类型	钝化材料	钝化剂	钝化元素	钝化机理
无机类	碱性物质	硅酸钠、硅酸钙、硅肥、石灰、石灰石、碳酸钙镁、碳酸盐类	Zn、Pb、Ni、Cu、Cd	通过提升土壤pH,增加土壤表面负电荷,增强重金属的吸附,生成不溶性沉淀^[28,29,30]
	含磷物质	羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸盐、磷酸、钙镁磷肥、骨粉、磷石灰、过磷酸钙	Pb、Cd、Zn、Cu	与土壤中重金属发生吸附、沉淀和共沉淀^[34,35]
	黏土矿物	海泡石、凹凸棒石、沸石、蒙脱石、膨润土、硅藻土、坡缕石	Pb、Cd、Cu、Zn、Ni	钝化剂通过表面吸附、离子交换固定重金属^[38,39]
	工业废渣	赤泥、粉煤灰、金属氧化物、钢渣、电石渣	As、Pb、Cr	通过表面吸附、共沉淀及化学专性吸附固定重金属^[43,44]
有机类	有机废物	有机肥、城市污泥、动物粪便、泥炭、作物秸秆	Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Hg	改变重金属在土壤中的存在形态,与其发生吸附、络合作用,增加土壤阳离子交换量来增强其吸附作用^[46]
	生物炭	作物秸秆炭、骨炭、黑炭、果壳炭	Pb、Cd、Cu、As、Cr	通过生物炭表面官能团的配位、吸附和离子交换作用固定重金属^[51]
	有机酸	柠檬酸、酒石酸、草酸、乳酸	Pb、Cd、Cu、Zn	与重金属离子产生络合作用,抑制植物对重金属离子的吸收,降低重金属对植物的毒害

钝化类型	钝化材料	钝化剂	钝化元素	钝化机理
无机类	碱性物质	硅酸钠、硅酸钙、硅肥、石灰、石灰石、碳酸钙镁、碳酸盐类	Zn、Pb、Ni、Cu、Cd	通过提升土壤pH,增加土壤表面负电荷,增强重金属的吸附,生成不溶性沉淀^[28,29,30]
	含磷物质	羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸盐、磷酸、钙镁磷肥、骨粉、磷石灰、过磷酸钙	Pb、Cd、Zn、Cu	与土壤中重金属发生吸附、沉淀和共沉淀^[34,35]
	黏土矿物	海泡石、凹凸棒石、沸石、蒙脱石、膨润土、硅藻土、坡缕石	Pb、Cd、Cu、Zn、Ni	钝化剂通过表面吸附、离子交换固定重金属^[38,39]
	工业废渣	赤泥、粉煤灰、金属氧化物、钢渣、电石渣	As、Pb、Cr	通过表面吸附、共沉淀及化学专性吸附固定重金属^[43,44]
有机类	有机废物	有机肥、城市污泥、动物粪便、泥炭、作物秸秆	Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Hg	改变重金属在土壤中的存在形态,与其发生吸附、络合作用,增加土壤阳离子交换量来增强其吸附作用^[46]
	生物炭	作物秸秆炭、骨炭、黑炭、果壳炭	Pb、Cd、Cu、As、Cr	通过生物炭表面官能团的配位、吸附和离子交换作用固定重金属^[51]
	有机酸	柠檬酸、酒石酸、草酸、乳酸	Pb、Cd、Cu、Zn	与重金属离子产生络合作用,抑制植物对重金属离子的吸收,降低重金属对植物的毒害

钝化类型	钝化材料	钝化元素	钝化机理
无机-无机复合	黏土矿物—硅钙物质、黏土矿物—磷肥	Cd、Pb、Zn、As	通过沉淀吸附、与离子交换等作用固定重金属^[56,57]
无机-有机复合	碱性物质—生物炭、碱性物质—腐殖酸、黏土矿物—生物炭	Cd、Pb、Cu、Zn	调节土壤pH形成沉淀,吸附络合重金属,从而降低重金属的生物有效性^[62,63]
有机-有机复合	生物炭—有机肥、生物炭—动物粪便	Cd、Pb	重金属发生吸附、离子交换、络合等反应来钝化土壤中的重金属^[67,68]

钝化类型	钝化材料	钝化元素	钝化机理
无机-无机复合	黏土矿物—硅钙物质、黏土矿物—磷肥	Cd、Pb、Zn、As	通过沉淀吸附、与离子交换等作用固定重金属^[56,57]
无机-有机复合	碱性物质—生物炭、碱性物质—腐殖酸、黏土矿物—生物炭	Cd、Pb、Cu、Zn	调节土壤pH形成沉淀,吸附络合重金属,从而降低重金属的生物有效性^[62,63]
有机-有机复合	生物炭—有机肥、生物炭—动物粪便	Cd、Pb	重金属发生吸附、离子交换、络合等反应来钝化土壤中的重金属^[67,68]

重金属类型	钝化材料	钝化机理
Cd	石灰、粉煤灰、赤泥、电解锰废渣、氧化钙、硫酸铵、过磷酸钙	通过提高土壤pH、化学沉淀、螯合、吸附作用作用固定酸性土壤中Cd^[83,84,85]
Pb	磷酸盐、腐殖酸、磷矿粉	通过提高土壤pH形成沉淀,从而降低Pb的生物有效性^[92,93,94]
As	铁盐、亚铁盐、氧化铁	调节土壤pH,与As反应生产沉淀,络合等来钝化土壤中的As^{[100,101,102]}

不同钝化剂对酸性土壤中重金属的钝化修复研究进展

Passivation and Remediation of Heavy Metals in Acid Soil with Different Passivators: A Research Progress

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