中国土壤重金属污染治理的化学固化方法盘点

土壤重金属化学固化的影响因素

化学固化是指通过加入固化材料在污染场地就地处理重金属的一种方法。但是，固化过程受到土壤生物、理化性质和外部环境的影响与制约。

影响重金属化学固化稳定化的主要因素包括酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)、阳离子交换量(CEC)、有机质(OM)、重金属离子种类与浓度、矿物质组成、植物和微生物种类等。

土壤pH影响重金属离子在土壤中的存在形态，以石灰或碳酸钙为代表的碱性钝化修复剂主要是通过提高土壤pH，促使Pb、Cd等重金属离子形成氢氧化物或碳酸盐结合态沉淀。然而，有些重金属如Pb和Cu在强碱条下由于和OH-络合形成了Cu(OH)3-和Pb(OH)3-，溶解度反而增大，移动性增强。对于变价重金属而言，氧化还原电位对重金属的毒性、迁移性和生物有效性影响很大。土壤氧化原电位降低会促进Cr6+还原成毒性较小的Cr3+并生成较稳定的沉淀。阳离子交换量影响重金属的固化作用，例如沸石的硅氧四面体结构中铝离子取代硅离子所造成的负电荷由Na+，K+,Ca2+，Mg2+等平衡，这些阳离子极易与重金属Pb、Cd阳离子发生离子交换作用，从而将重金属铅、镉固定下来。有机质和重金属离子发生络合作用生成不溶性复合物，起到固定重金属的作用。农家肥中的有机质与游离的Cd2+、Zn2+发生络合作用，能显著降低淋洗液中Cd和Zn的浓度。然而有机质也可以起到活化重金属作用，例如蚯蚓粪可以提高土壤对Pb，Hg，Co，Cd等重金属的迁移性和生物有效性，有潜力成为重金属污染土壤修复剂。各种重金属离子之间存在着点位竞争，重金属离子的种类和数量影响其固化作用。土壤中含有大量粘土矿物，这些粘土矿物存在空腔或羟基化表面，使重金属离子发生吸附或配位作用，而固定下来。另外，土壤中微生物或植物也对重金属固定起着重要作用。

存在的问题及发展方向

国内土壤重金属化学固化研究侧重于实践应用，对固化效果关注较多，对化学作用过程及作用机理研究偏少。同时，实践中固化材料或固化方法综合应用研究偏少。国外在重金属化学固化研究方面起步较早，更加重视固化机理与重金属的迁移与转化过程，这些基础性研究也正是根治土壤重金属污染的关键所在。土壤重金属化学固化技术有其他处理方法不可比拟的优势，但是这种处理方法也有其固有的弱点，有些问题还有待深入研究。

(1)重金属化学固化效果的稳定性

化学固化减少重金属的有效态或可迁移态含量，总量不发生变化。但是，当土壤环境发生变化时，被固化的重金属可能重新释放。例如当土壤的pH由碱性变为中性或酸性时，被固定的重金属Pb，Cd离子可能重新释放出来。当土壤中的透气性较好，氧气充足，呈现氧化环境时，Cr3+可能重新被氧化成毒性较大的Cr6+。

对重金属离子化学固化的过程与机理进行研究，分析影响化学固化过程的因素，并对固化效果进行实时监测，并对固化方法进行修正和改进，以保证固化效果的稳定性。

(2)固化材料及配套应用技术

一些固化材料吸附或固化效果并不显著;固化材料自身的化学稳定性和生物降解性差;能应对多种重金属复合污染的固化材料研究有待加强。

首先，加强改性固化材料的研制和开发。有些天然沸石固化效果不好，经过酸化或盐化处理，其固化性能成倍提高。其次，重金属复合污染风险加大，多种固化材料按照合适比例配施能极大提高固化修复效果。最后，与生物技术和耕作环境结合，加强对固化材料本身及其应用技术的研究。

(3)重金属化学固化理论研究

与国外相比，国内土壤重金属污染修复起步较晚，由于实验条件和试验设备所限，对重金属固化机理研究的还有待深入。射线特别是X射线吸收光谱分析有助于了解固化金属离子的价态，配位形式和赋存形态，有助于判断吸附还是沉淀，内层络合还是外层络合，能够为重金属的配位形态和微观结构提供最直接的证据。

继续加强基础理论研究，弄清重金属的化学固化过程与机理，对重金属固化修复尤为迫切，具有重要的现实意义。