汞污染农田土壤的化学稳定化修复

摘要：土壤重金属污染问题已经成为环境污染的热点问题。以FeS、Na2S、黄铁矿、CaO、黄铁矿+CaO 作为稳定剂，应用化学稳定化修复技术对贵州万山地区的2种汞污染程度不同的农田土壤(1号土、2 号土)进行修复，并研究稳定剂用量、稳定时间等因素对稳定效率的影响，确定最佳稳定条件。结果显示：在FeS.Na2S.黄铁矿、CaO.黄铁矿+CaO 这5 种稳定剂中,Na2S的稳定效果最好,对2种土的稳定效率均高达90% 左右;对于1号土,最佳稳定条件为:稳定剂Na2S,稳定时间7d,稳定剂用量S: Hg=1。对于2 号士,最佳稳定条件为:稳定剂NagS,稳定时间7 d,稳定剂用量S: Hg=5。Na2S 作为稳定剂通过改变汞在土壤中的形态分布降低污染土壤中汞的浸出毒性。

关键词：农田土壤;汞污染;化学稳定化;修复

汞是全球广泛关注的污染物之一。20 世纪60 年代初期,日本爆发的“水俣病”，是首次发生的汞污染公害事件,共造成5172 人患病,730 人死亡;1972 年,伊拉克用汞试剂处理种子造成的汞中毒事件，共造成459 人死亡。汞由于自身独特的性质,在全球范围内形成了一个“生物地球化学循环体系”。而土壤作为环境系统的核心介质,承载了环境中90% 左右来自各方面的污染物。国内外很多地方的土壤都受到不同程度的汞污染。土壤中汞的来源十分广泛,包括土壤母质、大气汞的干湿沉降、含汞废水排放、含汞固体废弃物堆积等。

汞危害极大,不仅会导致肌萎缩性脊髓侧索硬化症，老年痴呆症和帕金森症等多种疾病。甲基汞更是会对神经系统和心血管系统造成威胁。土壤中的汞污染具有潜伏性,当其浓度达到一定程度会严重阻碍作物的生长并导致死亡,还会影响食品安全。研究发现,作物籽实中的汞含量与土壤中的汞含量呈明显正相关。进入土壤中的汞通过和土壤组分发生各种化学反应而形成稳定性不同的各种形态。不同形态的汞在土壤中的迁移性、生物可利用性以及毒性不同。根据TESSIER 等提出的五步连续提取法,可将土壤中的汞分为水溶态及离子交换态汞、碳酸盐结合态汞、无定形铁锰氧化态汞、有机结合态汞以及残渣态汞。

治理汞污染土壤,可以通过各种技术将汞污染物从土壤中分离、去除,也可以通过加人稳定剂、固化剂将污染物固定在土壤中或将其转化为无害的物质从而使土壤得以重新利用,目前常用的汞污染土壤修复技术有热处理、淋滤修复、电动修复、植物修复、微生物修复和物理化学固定等。TAUBE 等利用热处理技术对氯碱工业导致的汞污染土壤进行了处理,结果表明，在460 C 的温度下加热20 min,可以除去该土壤中99% 的汞;研究者发现,在利用淋滤技术处理汞污染土壤时,碘化物、EDTA、硫代硫酸盐化合物等物质均可以在对土壤理化性质影响较小的条件下达到较好的去除率;在利用电动技术修复汞污染土壤时,研究者提出可通过添加化学药剂增加汞在土壤中的可移动性，REDDY 等的研究显示，在1.0 V 的直流电压下，通过在高岭土中添加0.1mol.L-1的KI 可使汞的去除效率达到97% ;在植物修复方面,我国学者研究发现，加拿大杨( Populus canadensis )、红树(Rhi-等树木对土壤Hg 的吸收及累积能力很强,加拿大杨在生长期内对Hg 浓度为50mg.kg-1的土壤的吸收积累量可达6779.11ug株;利用微生物对重金属的吸收、沉积、氧化还原作用,可以有效降低植物对Hg 的摄取量,RUGH 等通过把细菌的Hg2+ 还原酶基因导人拟南芥(Arabidopsis thaliana )植株，使植株对Hg 的耐受性提高到100 umol.L-1,Hg2+ 被转基因植物还原还促进了Hg 从土壤中挥发。而化学稳定化修复技术是通过在土壤中加人化学药剂来改变录在土壤中的化学形态,降低其迁移能力和生物可利用性从而降低其污染特性。常用的稳定剂主要有硫化物和碱性物质2类。

硫化物做稳定剂修复汞污染土壤,通常与土壤中的汞结合成一种极难溶、低毒性、非常稳定的化合硫化汞,从而缓解，土壤汞污染，碱性物质做稳定剂，可以提高土壤PH 值,增加土壤中负电荷物一量,增强土壤对录的亲和力，还可以直接或间接提供OH-,为氧化汞、氢氧化汞等难溶物质的形成提供条件。

本文分别以FeS.Na2S、黄铁矿、CaO、黄铁矿+ CaO 5 种化学试剂为稳定剂，采用化学稳定化修复技术对汞污染农田土壤进行修复,并研究稳定剂用量、稳定时间等因素对稳定效率的影响。

1 实验部分

1.1 供试土壤及其基本性质

贵州省铜仁市万山汞矿区处于湘黔录矿带南段,该区山峦起伏,地形切割破碎，具有比较典型的喀斯特地形地貌特征，平均海拔850 m 左右，气候温差较大,农业生产条件较差。矿区由岩屋坪矿田、万山矿田及龙田冲矿田组成,包括探明的著名杉木董特大型矿床和张家湾、岩屋坪、冷风洞、梅子溪、客寨等大型矿床以及15 个中小型矿床。万山汞矿的发现与采冶历史悠久,隋唐时期已有发现的记载，直至2001年10月国家才对其实施政策性关闭。实验实验所用土样正是采自万山矿产附近的农田。策1种污染程度相对较低的土壤(编号为1号土,汞含量为537mg.kg ，采样点距离矿区的直线距离为150 m 左右。策;2种污染程度相对较高的土壤( 编号为2 号土，汞含量为1380 mg.kg-1，采样点距离矿区的直线距离为50 m左右。

延伸阅读：

汞污染土壤的植物修复技术研究