1、第 48 卷第 2 期2023 年 2 月环境科学与管理ENVIONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVol.48 No.2Feb 2023收稿日期:2023 02 09作者简介:宋战旺(1974 )，男，高级工程师，研究方向:环境污染防治、地质勘查。文章编号:1674 6139(2023)02 0103 04矿区重金属污染土壤植被重固联合修复方法研究宋战旺(河南省地球物理空间信息研究院，河南 郑州 450000)摘要:为研究化学改性剂 植被重固联合修复方法对矿区污染土壤重金属去除研究，以膨润土、磷酸二氢钾、氢氧化钙为改性剂，土壤上面种植巨菌草进行联合修复。研究改性剂投
2、加量、化学改性剂联合植物修复、化学改性剂联合植物修复时间对土壤中重金属降低幅度。根据实验结果得出，采用化学改性剂重固处理方法对土壤重金属 Pb、Zn、Cu 固化效率最高。污染土壤经过化学改性剂植物种植联合处理后，土壤中的铅、锌、铜、汞重金属复合农用地土壤污染风险管理筛选值，达到了预期的处理效果，对农作物种植和农作物生长风险低。关键词:重金属;植被;巨菌草;重固联合修复中图分类号:X53文献标志码:BCombined emediation of Heavy MetalContaminated Soil and Vegetation in Mining AreaSong Zhanwang(Hena
3、n Institute of Geophysical Spatial Information，Zhengzhou 450000，China)Abstract:In order to study the removal of heavy metals from contaminated soil of mining area by chemical modifier vegetationreconsolidation combined remediation method，bentonite，potassium dihydrogen phosphate and calcium hydroxide
4、 were used as mod-ifiers，and macrophyta was planted on the soil for joint remediation The effects of dosage of modifier，chemical modifier combinedwith phytoremediation and chemical modifier combined with phytoremediation on the reduction of heavy metals in soil were studiedAccording to the experimen
5、tal results，the curing efficiency of heavy metals such as Pb，Zn and Cu in soil is the highest by resettingtreatment with chemical modifiers After the combined treatment of plant planting with chemical modifiers，the screening value ofsoil pollution risk management of lead，zinc，copper and mercury heav
6、y metal composite agricultural land in soil has reached the ex-pected treatment effect，and the risk to crop planting and crop growth is lowKey words:heavy metals;vegetation;macrophyte;joint repair of reinforcement前言目前，国际上公认的重金属主要是铅、铜、镉、汞、铬、镍、锌和砷这 8 种元素。根据多年的研究1 3，重金属在土壤的含量有限值，包括安全值和风险值。如果其中一种重金属的含量超
7、过规定值时4 6，就会破坏土壤的物理结构和生态系统。能够以不同形态的传播路径进行传播和扩散。因此，矿区附近土壤重金属污染处理迫在眉睫，需要研究一种生态环保、低值有效的方法进行修复处理。植物修复矿区重金属污染是目前兴起的一种新技术7，通过植物自身结构和对重金属富集的信号途径，该方法修复重金属土壤具有一些优点。比如原位修复、效果作用时间长、性价比较高，同时，也存在一些试剂的问题。比如修复后，作物富集重金属后难于生长，修复需要的时间较长，富集重金属的能301第 48 卷第 2 期2023 年 2 月宋战旺矿区重金属污染土壤植被重固联合修复方法研究Vol.48 No.2Feb 2023力有限。实际的修
8、复处理可能达不到要求。因此，采用化学改性剂重固土壤中的重金属联合植物富集的方式来对重金属污染土壤进行修复，是一条很重要的途径。其效果好于单一处理方法，也能互相弥补不同方法的缺陷。研究针对矿区重金属污染土壤，含有大量的重金属，土壤团粒结构差、缺乏植物生长需要的必要营养元素、微生物系统失衡问题8，利用化学改性材料，包括膨润土、磷酸二氢钾、氢氧化钙等，联合植物(苎麻、芦竹、巨菌草)，研究复合改性剂联合耐重金属植物对矿区重金属污染土壤进行重固联合修复土壤的有效性。探究该方法对矿区土壤重金属的去除效果及土壤的修复情况，寻找经济环保、有效的矿区土壤修复方法和修复剂。为恢复矿区土壤结构和生态提供依据。1实验
9、部分1 1试验材料1 1 1矿区污染土壤矿区污染土壤采集四川省某铅锌矿周边的农田土壤，采集土壤厚度为 20 cm 范围之内，土壤为红壤，pH 为 6 2。采用土壤 Z 型多点采样，然后通过混合缩分，风干并过筛后，留存备用。如表 1 所示矿区周边重金属含量表，如表 2 所示国家标准 GB15618 2018农用地土壤污染风险管控标准，土壤 pH 在 5 5 pH6 5 范围内农用地土壤污染风险筛选值。表 1矿区周边重金属含量mg/kg成分w(Cr)w(Ni)w(Cu)w(Zn)w(Cd)w(Pb)w(Hg)w(As)含量56 3425 23223 153552422184532956623表 2
10、农用地土壤污染风险筛选值mg/kg成分w(Cr)w(Cu)w(Zn)w(Cd)w(Pb)w(Hg)w(As)w(Ni)含量150502000.3901 8200701 1 2化学改性剂化学改性剂为:工业级 KH2PO4、石灰(氢氧化钙)。膨润土来自湖南娄底某膨润土矿，该膨润土的主成分含量和物理表征如表 3 所示。工业级KH2PO4、石灰(氢氧化钙)，纯度 99%。采购自山东某化工有限公司。表 3膨润土主要成分及物理表征成分蒙脱石%粒度目阳离子交换容量/mmol/100 g比表面积m2/g含量953001031231 1 3改性种植植物根据文献和专利查询，污染土壤植物修复需要选择一种不作为农作物
11、的作物，且在重金属富集方面有效的植物，根据前期的实验研究，选择巨菌草作为植被重固联合进行修复土壤。1 2试验设备等离子耦合发射光谱 质谱 ICP MS(THX 300LN)、紫外分光光度计(TH 1200XS)、电热鼓风烘干箱(DHG 90L)、pH 酸度计(PH 101)、高速离心机(TL5000 10S)、电加热振荡器(ZD100 20Q)。1 3试验设计1 3 1复合化学改性剂制备配置氯化钾溶液 2 L，浓度为 1 5 mol/L，加入100 g 膨润土搅拌均匀，高速离心后，倒掉上层清液。用纯水对离心管底部的膨润土进行洗涤，然后烘干备用。在 200 g 纯水中加入浸泡过的膨润土 50 g
12、，加入 100 g 磷酸二氢钾和 30 g 氢氧化钙，温度设置为 80，搅拌转速设置为 220 rpm，反应 60 min。在110温度下烘干 4 h，得到化学改性剂。401第 48 卷第 2 期2023 年 2 月宋战旺矿区重金属污染土壤植被重固联合修复方法研究Vol.48 No.2Feb 20231 3 2土壤重金属修复试验1 3 2 1改性剂加入量效果取矿区污染土壤，加入不同比例的改性剂，投加量分别为污染土壤质量的 1%、3%、5%、7%、10%，然后采用搅拌设备将重金属污染土壞和固化/稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应4 h，反应完成的土壤放置在养护区并覆盖防护网养护 10 天以后取样
13、检测，根据 固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557 2010)，对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。1 3 2 2化学改性剂联合植物修复试验取矿区污染土壤，加入 10%改性剂，然后采用搅拌设备将重金属污染土壞和固化/稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应 4 h，反应完成的土壤上种植巨菌草，放置在养护区并种植养护 30 天以后取样检测，根据固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557 2010)，对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。1 3 2 3化学改性剂联合植物修复时间试验取矿区污染土壤，加入 10%改性剂，然后采
14、用搅拌设备将重金属污染土壞和固化/稳定化改性药剂混合均匀，并充分反应 4 h，反应完成的土壤上种植巨菌草，放置在养护区并种植养护 15 天、30 天、45 天、60 天、90 天以后取样检测，根据固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557 2010)，对养护完的土壤进行重金属浸出实验，根据浸出液中重金属浓度考察修复效果。2结果与讨论2 1化学改性剂联合植物修复时间试验如图 1 所示化学改性剂联合植物修复实验，采取了改性剂固化联合种植巨菌草处理方式，从处理时间半个月到三个月的时间内，处理时间长短都降低土壤重金属浸出浓度。最佳的修复时间是 60 天，重金属的降低值为最大。幅度大小为铅 锌 铜
15、 汞 镉。随着修复时间的增加，土壤中的重金属下降幅度迅速增加，60 天的修复时间是最佳值，时间再继续增加，重金属的下降幅度变缓。从成本和效果上来说，都不具备实际意义。图 1化学改性剂联合植物修复时间实验2 2巨菌草对土壤重金属吸附率图 2巨菌草对土壤重金属吸附率如图 2 所示化学改性剂联合植物修复时间试验结束后，对巨菌草的根、茎、叶中的重金属含量进行检测的结果。从图中可以看出，植物种植修复对土壤的重金属富集吸收具有显著性的效果，且巨菌草不同部位对重金属吸附能力表现为根 茎 叶。巨菌草对汞、铅、铜的吸附能力最强，相对的来看，对锌501第 48 卷第 2 期2023 年 2 月宋战旺矿区重金属污染
16、土壤植被重固联合修复方法研究Vol.48 No.2Feb 2023和镉的吸附效果不显著。整个植株对五种重金属的吸附能力在 18%68%之间，配合化学固化剂联合使用，对土壤中的重金属吸附具有显著的效果和去除率。植物的根、茎、叶无法有效的对重金属进行吸收转换，只能通过叶片中的叶绿素和阳光，通过光合作用合成能量，作为作物生长的物质来源。在整个营养和能量吸附的过程中，植物通过吸收器官从土壤中吸收生命必须的水分和不同的大量元素、中量元素和微量元素，包括无机盐和一些有机的合成物质。但是在矿区污染土壤的重金属，对于可溶性的营养物质的吸收，植物不具备选择性，在土壤中迁移的重金属通过土壤的根部吸收后，分别转移到植物的茎秆和叶片末端。与植物体内的蛋白质合成物、磷酸盐进行反应，形成不同梯度的速度差，进一步导致了重金属在植物不同部位的分布为根 茎 叶。3结论采用化学固结 种植巨菌草联合修复方法后，大幅度的降低了土壤中的重金属。根据试验结果，污染土壤经过化学改性剂植物种植联合处理后，土壤中的铅、锌、铜、汞重金属复合农用地土壤污染风险管理筛选值，达到了预期的处理效果。对农作物种植和农作物生长风险低，对土壤和环境的
