堆腐法钝化重金属污染土壤效果的研究_吕亮.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：安徽省科技重大专项项目（）作者简介：吕亮（），女，安徽安庆人，工程师，硕士，主要从事环境污染治理和管理工作。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 堆腐法钝化重金属污染土壤效果的研究吕亮，王坤，张倩倩，伍昌年（合肥市环境宣传教育信息中心，安徽 合肥 ；安徽建筑大学，安徽 合肥 ）摘要：通过污泥、树叶、土壤不同添加比例和堆腐条件下堆腐化钝化重金属，以 、和 为例，研究了堆腐化对堆腐前后堆体、重金属总量以及钝化效果的影响。堆腐化处理对土壤中的重金属有一定的钝化效果，可以促使酸可提取态和可还原态重金属向可氧化态和残渣态转化，大大降低了重金属的迁徙率和环境风险。关键词：重金属；堆腐；钝化；污染土壤 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；土壤是人类赖以生存的生态系统之一，由于人类不合理的生产活动造成了严重的土壤污染。近几十年来，土壤污染已引起全球关注。我国 年发布的 全国土壤污染状况调查公报 显示，有超过 的采样点超过了 土壤环境质量标准。在所有受污染的样本中，涉及重金属（包括铬（），镉（），铅（），汞（），铜（），砷（），锌（）和镍（）污染占 。重金属一旦污染了土壤，会在土壤中保留多年，、和 是典型的有毒重金属，摄入量超标对人体有严重的危害。土壤重金属污染已成为土壤环境治理的重要问题，重金属在土壤中不能降解，但可在土壤中发生形态变化。现今已对土壤重金属污染提出了较多钝化修复方案，如何更经济有效已成为研究的热点。重金属可与腐殖质发生螯合反应，产物不为酸碱可溶。有研究用腐殖质钝化动物粪便中的重金属，效果较好。基于这种思路，本研究采用堆腐法钝化土壤重金属，为土壤重金属污染治理提出新的方法。实验方法 土壤处理实验用土样采集自合肥经开区内未受污染的土壤，采集深度为表层 ，土壤的性质如表所列。用去离子水洗涤采集的土壤，通过自然风干后，在粉碎过 目筛。在向其中添加重铬酸钾溶液，使土壤中的 含量达到 左右。搅拌 ，后在通风处放置 天研磨粉碎，过 目筛备用。表土壤的基本理化性质 容重（）全氮（）全磷（）速效磷（）研究方法图堆腐反应装置图将破碎干燥筛分后的土壤、稻壳松树叶香樟叶、污泥按比例均匀混合。使含水率在 ，碳氮质量比在（），有机物含量大于（已干固体计算），满足堆腐的要求。后倒入密封的反应器（为 管，底部边缘装通气管，通气管上层设有孔筛板，如图所示），密封后控制温度。堆腐 天，从通风管释放产生的、等气体。前天每天加浓草酸和柠檬酸溶液次，每次 。厌氧反应后，自通气管中通风，维持温度，堆腐 天。反应结束将堆腐物倒出，进行晾晒。反应期间定期取样测量重金属的形态变化。实验设计个处理组，具体如表所列，每个处理组重复两次，在智能生化培养箱中进行堆腐反应。按土壤调理剂（树叶）污泥（均以干重比）为进行堆腐配置。湿污泥取自经开区污水厂，含水率为。树叶按照松稻壳树叶香樟叶（均以干重比）为的比例进行混合。堆腐物料均匀混合后，含水率保持在 左右，放入反应装置（图）。表堆腐实验设计处理物料配比土壤树叶污泥（干量比）土壤污泥 土壤树叶 土壤树叶污泥（厌氧）土壤树叶污泥（好氧）土壤树叶污泥（厌氧好氧）指标测定方法土壤 值按水：土为 浸提，水为煮沸后去除二氧化碳的蒸馏水，在室温下，振荡 后，静置。用 计测定上清液的。钝化效果通过重金属不同形态（酸可提取态，可还原态，可氧化态，残渣态）占比的增减来反映，重金属不同形态占比计算如下：（）安徽水利水电职业技术学院学报第 卷其中，为重金属不同形态占其总量的质量分数，；为各重金属不同形态，；为重金属总量，；采用 连续提取法，并使用电感耦合等离子体原子发射光谱（）测试其处理后的重金属含量。结果分析 堆体 的变化特征土壤 可以反应土壤的酸碱状态，对土壤成分，微生物含量，重金属存在形态有着直接的影响。图为不同处理下堆体 在培养过程中的变化趋势。由图可以看出，不同调理剂混合处理的堆体在 时的起始 不同，这是由于不同调理剂和土壤混合后会影响土壤的物化性质。的 值随时间增长呈现先增后减的趋势，在前 天，堆体 增加了 ，这是由于堆腐前期堆体中含氮有机物降解，产生大量氨致 增大。在 期间，值逐渐下降并趋于平稳，是由于堆体中的有机物分解产生有机酸。堆体 、和 的 值随着时间的增长，均呈增长趋势，是因土壤中含有较高的铁铝氧化物，易吸附阴离子。在堆腐过程中，土壤和释放出的硫酸根等阴离子发生吸附交换反应，释放出，故堆体 增加。堆腐中，堆体的 值在 之间变换，处于细菌（）和真菌（）发育的最佳范围内，利于形成腐殖质，利于和重金属发生螯合吸附反应。堆腐化对土壤中重金属总量的影响图堆腐过程中 变化情况堆腐前后 、和 的重金属浓度变化如表所列。由表知，堆体中重金属的含量均比堆腐前有所升高，是因为堆体中可降解有机物在微生物的作用下转化分解成稳定的有机物，同时有挥发性物质挥发，导致堆体总量下降，重金属含量相对浓缩。重金属含量 最高，最少，是因堆体中污泥本底含有一定量的重金属。、和 堆腐前重金属含量一致，堆腐后增量有所不同，是因堆腐条件不同，全程厌氧，全程好氧，堆腐前 厌氧、后 好氧。堆腐法不能使重金属降解，但随着堆体中的有机物分解、水分流失、气体挥发，导致堆体的总重减少，重金属含量相对增加。这一研究结果与郑国砥等人研究结论一致。表堆腐前后重金属浓度变化 处理阶段 堆腐前 堆腐后 堆腐前 堆腐后 堆腐前 堆腐后 堆腐前 堆腐后 堆腐前 堆腐后 第期吕亮，等：堆腐法钝化重金属污染土壤效果的研究 堆腐化对土壤中重金属钝化效果的影响 等发现重金属的毒性和迁移率主要和重金属的形态分布有关，仅小部分与重金属总量有关。故通过重金属形态分布变化来体现钝化效果，将形态分为酸可提取态（）、可还原态（）、可氧化态（）和残渣态（）。较为活泼，对土壤危害大。和 有一定的较强的结合能力和稳定性，迁移力度比 低。最为稳定，在土壤中活性最低，很难释放，也不易被分解氧化吸收。其存在形态的生物有效性：。由表表知，处理后堆体中重金属的各形态含量发生明显变化。由于、堆腐原料一致，仅处理条件不同，故堆腐前各形态含量一致。堆腐处理后，态重金属含量五种处理方式均不同程度下降；态 和 含量除 处理后有略微增加外其他堆体均有所减少，含量均增加，含量均减少；态 含量除 略降外其他堆体均有增加，则无明显变化，和 均有所增加；态 、和 含量均有显著增加，除 堆体略降外其他堆体均增加。表明堆腐处理使得迁移率高，毒性大的酸可提取态向稳定性高，较难降解的残渣态转化，由此说明堆腐对土壤中的重金属钝化效果良好，不同堆腐原料和条件对重金属的钝化效果也不同。表堆腐前后 存在形态的含量变化 处理 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比酸可提取态堆腐前 堆腐后 可还原态堆腐前 堆腐后 可氧化态堆腐前 堆腐后 残渣态堆腐前 堆腐后 表堆腐前后 存在形态的含量变化 处理 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比酸可提取态堆腐前 堆腐后 可还原态堆腐前 堆腐后 可氧化态堆腐前 堆腐后 残渣态堆腐前 堆腐后 表堆腐前后 存在形态的含量变化 处理 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比酸可提取态堆腐前 堆腐后 可还原态堆腐前 堆腐后 可氧化态堆腐前 堆腐后 残渣态堆腐前 堆腐后 安徽水利水电职业技术学院学报第 卷表堆腐前后 存在形态的含量变化 处理 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比 含量占比酸可提取态堆腐前 堆腐后 可还原态堆腐前 堆腐后 可氧化态堆腐前 堆腐后 残渣态堆腐前 堆腐后 结论（）不同堆体的 变化趋势为 堆体先增大后减小，、堆体逐渐增加后平稳，变化范围均在 之间。（）不同堆腐化处理后，由于“相对浓缩效应”，堆体中、总量均有所增加，但不同处理之间由于重金属种类不同而增量不同。含量增幅：；含量增幅：；含量增幅：；含量增幅：。（）堆腐化处理对重金属、有一定的钝化效果，影响重金属存在形态的转化，其中堆腐对 的钝化效果最好，、次之，钝化效果最弱。堆腐化处理对土壤中的重金属有一定的钝化效果，可以促使酸可提取态和可还原态重金属向可氧化态和残渣态转化，大大降低了重金属的迁徙率和环境风险。参考文献宋志政，周润声我国重金属污染土壤的治理与修复研究进展化工设计通讯，（）：李冉，孟海波，赵立欣，等微生物和生物炭联用对猪粪堆肥后重金属 和 的钝化效果农业工程学报，（）：刁立鹏，张卓毅，吴迪梅，等钝化材料对猪粪堆肥过程中重金属（、）形态转化的影响及其植物毒性分析畜牧与饲料科学，（）：刘丹丹，刘菲，缪德仁土壤重金属连续提取方法的优化现代地质，（）：龚玲婷，石林，蔡如梦矿物质调理剂对土壤养分含量及植物营养吸收的影响土壤，（）：周楫，余亚伟，蒋越，等生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响环境科学，（）：，（）：郑国砥，陈同斌，高定，等好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属形态的影响中国环境科学，（）：，（），（）：（责任编辑汪明磊）第期吕亮，等：堆腐法钝化重金属污染土壤效果的研究