一種非添加外源組分土壤重金屬原位鈍化的生態方法
【技術領域】
[0001]本發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方法。
【背景技術】
[0002]土壤是生態系統的重要組分和人類賴以生存的基本界面。近些年，隨著經濟和社會的發展，土壤重金屬污染狀況愈發嚴重。據報道，我國至少有30%的土地受到重金屬污染，其中Pb和Cd已經分別成為我國土壤中污染面積最廣和毒性最大的重金屬類污染物。重金屬類污染物無法降解，殘留周期長，“三致”效應顯著；如何凈化土壤重金屬污染物并恢復土壤圈固有生態功能，已成為全球環境生態學者關注的重點問題。
[0003]現階段，土壤重金屬污染修復方法包括物理法、化學法、物化法和生物法四大類。但其中多數方法成本較高(如電動修復法)，周期較長(如植物修復法)，安全性差(如化學淋洗法)，修復難度較大(如納米零價鐵氧化還原修復法)。Tessier認為，土壤重金屬的存在形態分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化態、有機結合態和殘渣態五類，其中可交換態是直接被作物吸收利用的部分，也是活性最大和修復過程的主要目標對象。因此，降低土壤重金屬的可交換態含量和迀移性能(此過程稱為鈍化過程)，有助于土壤生態功能的保育和恢復，目前已成為土壤重金屬污染修復的重要手段。
[0004]學者們發現，很多材料都能實現土壤重金屬的鈍化效應，比如無機物(膨潤土、磷礦粉、粉煤灰等)、有機物(作物秸桿、畜禽糞便、廚余垃圾等)和人工合成材料(介孔物質、納米材料、多酚物質等)。這些材料都屬于非土壤固有組分的外源物質，其加入必將對土壤理化性質產生不良干擾，進而影響土壤后續利用的可行性和普適性；同時，上述材料成本較高(運費或合成成本)、操作難度大、生態安全性較差，且鈍化效果的不確定性較多。環境生態修復的原則是對修復對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，實現污染修復和生態功能保育的雙重目標，便成為具有突出優越性的修復技術。
[0005]黃土有機無機復合體是黃土體系的重要組成部分，其與黃土粘土礦物、黃土鐵錳結核和黃土有機質(腐殖質為主)一起，構成了黃土體系的骨架結構。目前，以黃土有機無機復合體為鈍化材料，修復土壤Pb/Cd復合污染的相關研究還未見報道。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種非添加外源組分土壤重金屬原位鈍化的生態方法，該方法可以有效鈍化Pb/Cd復合污染。
[0007]為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0008]將土壤樣品及NaCl飽和水溶液于超聲波環境中攪拌混合后進行過濾，將過濾得到的濾余物轉移入沉降容器中，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應于粘粒級顆粒的土壤懸浮液，將所述土壤懸浮液烘干得到土壤粘粒級有機無機復合體；利用土壤粘粒級有機無機復合體對重金屬污染土壤進行原位鈍化修復。
[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型為黃土。
[0011]所述重金屬污染為Pb/Cd復合污染。
[0012]所述原位鈍化修復采用尼龍網袋法。
[0013]所述土壤重金屬原位鈍化的生態方法，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境以及水浴條件下攪拌混合5?20min后用濾紙過濾，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)經過步驟I)后，將濾紙上的濾余物轉移入沉降容器中，然后向沉降容器中補加水至一定體積，然后進行攪拌，攪拌后按照粘粒級顆粒所對應的斯托克斯沉降時間進行靜置，靜置后吸取沉降容器中對應于粘粒級顆粒的黃土懸浮液，然后向沉降容器中再補加水若干次，每次補加水至所述體積后進行攪拌，并在攪拌后按照所述斯托克斯沉降時間進行靜置，然后再次吸取沉降容器中對應于粘粒級顆粒的黃土懸浮液，將吸取的所有黃土懸浮液合并后烘干，得到黃土粘粒級有機無機復合體；
[0016]3)將所述黃土粘粒級有機無機復合體裝入尼龍網袋后置于盆缽底部，然后向所述盆缽中裝入Pb/Cd復合污染黃土，利用所述黃土粘粒級有機無機復合體對所述Pb/Cd復合污染黃土進行原位鈍化修復，其中，所述黃土粘粒級有機無機復合體與Pb/Cd復合污染黃土的質量比為1:10?100，裝入盆缽時Pb/Cd復合污染黃土的pH值為5?8，且Pb/Cd復合污染黃土的持水量為50?80%，鈍化時間為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]所述一定體積優選為800?1500mL，所述黃土樣品的重量為32?60g。
[0019]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0020]—、該方法對土壤重金屬(例如Pb/Cd復合污染)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Pb/Cd。
[0021]二、鈍化過程不添加非土壤源的外源組分，成本低廉、操作簡便、生態安全性好、環境擾動小、實用性強，可以在鈍化修復土壤Pb/Cd復合污染的同時保育土壤生態功能，具有潛在的推廣應用價值。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例對本發明作詳細說明，以下說明是對本發明的解釋而不是限定。
[0023]土壤(例如黃土 )有機無機復合體比表面積較大、孔隙結構豐富、活性官能團較多，具備作為重金屬鈍化劑的天然優勢；更為重要的是，作為一種“純天然”的土壤“內源”組分，鈍化過程對土壤功能的影響能夠降到最低，這使其成為極具鈍化優勢的修復材料。因為土壤有機無機復合體無法一次完全提取出來，需要反復操作，在土水體系中，這個有機無機復合體會進入到上層液面體系，因為其密度相對于粘土礦物、鐵錳結核等較輕。粘粒級(< 2 μ m)的黃土有機無機復合體提取，包括以下步驟:將經過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平衡”的作用)預處理后的土壤樣品移入沉降容器(例如量筒)中，然后補加水并于沉降容器外壁標記液面高度、攪拌(用沉降棒沿沉降容器上下攪拌I?4min)，根據之前加的土(指土壤樣品)和水(指補加水)的比例(即土水比)以及溫度，查斯托克斯表，確定粘粒級(<2μπι)對應的斯托克斯沉降時間，按照該斯托克斯沉降時間進行靜置后，吸取表層土壤懸浮液(粘粒級位于表層)，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(溫度高破壞有機無機復合體)。
[0024]實施例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境中，并在水浴下攪拌20min，撇掉表面的少量漂浮雜質，然后用濾紙進行過濾，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移入量筒中，然后加水至量筒的100mL刻度處(45cm高度)，然后進行攪拌(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間進行靜置(恒溫條件下進行，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加水4次，每次補加水至100mL刻度處后進行攪