钝化剂对土壤重金属的作用机理
加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属(Cu, Zn,Mn) 形态影响
中国农业大学学报 2000,5(1):105～111Jou rnal of Ch ina A gricu ltu ral U n iversity添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属(Cu,Zn,M n)形态影响α 李国学① 孟凡乔 姜华 史雅娟 (中国农业大学资源与环境学院) (中国环科院环评中心) (中国科学院生态中心)摘 要 利用污泥和稻草进行高温堆肥,研究不同钝化剂包括粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭对污泥堆肥中重金属(Cu,Zn,M n)形态的影响。
试验结果表明:从对交换态重金属的钝化效果来说,草炭、粉煤灰、磷矿粉是3种有效的钝化剂。
在实际生产及应用中,考虑到作为钝化剂原料的来源、价格及处理费用等问题,选择粉煤灰、磷矿粉作为钝化剂是切实可行的。
粉煤灰和磷矿粉的合适的加入比例分别是25%和20%。
关键词 污泥;钝化剂;堆肥化分类号 X862Stud ies on the Effect of Stab il ity i ng M a ter i a ls to the Sta tus of Heavy M eta ls(Cu,Zn,M n)dur i ng Com posti ng of Sewage SludgeL i Guoxue M eng Fanqiao(Co llege of R esource and Environm ental Sciences,CAU)J iang H ua(Center of E I A Ch ina R esearch A cadem y of Environm ental Sciences)Sh i Yajuan(Center of Eco logy,Ch inese A cadem y of Sciences)Abstract Concern ing the p rob lem s of heavy m etals po llu ti on after the sew age sludge is am ended to the farm land,a series of com po sting tests w ere investigated to study the effect of stab ilitying m aterials including fly ash,p ho sp hate rock,zeo lite and p eat to the statu s of heavy m etals(Cu,Zn,M n)th rough com po sting.T he resu lt of the test as judged by the p u rpo se of stab ilitying to the exchangeab le heavy m etals indicate that p eat,coal fly ash and p ho sp hate rock w ere effective fo r the stab ilizati on.P ractically,it is app licab le to cho se coal fly ash and p ho sp hate rock as stab ilitying m aterials,the sou rce and the p rice of the stab ilitying m aterials and the dispo sal exp en ses are taken in to the con siderati on.T he su itab le am endm en t rate fo r coal fly ash and p ho sp hate rock shou ld be25%and20% resp ectively.Key words sew age sludge;stab ilitying m aterials;com po sting我国现有城市污水处理厂60余座,每年产生的污泥量约5×105t以上,加上大型企业、石化厂污水处理装置,全国每年产生的污泥量十分可观[1]。
钝化剂在土壤镉污染修复中的应用
已有研究表明其对Cd、Pb等重金属元素具有较强的吸附 和固定能力，可作为土壤重金属的钝化剂[5、6]。Guo等指 出，施用钝化剂可降低农业土壤中重金属的有效性，减 少作物对重金属的吸收，是一种经济有效、环境友好、 切实可行的治理措施[7]。本文通过田间小区试验，研究 优化钝化剂的配方及使用条件，为大规模田间示范推广 提供理论依据。
目前国内常用的土壤修复技术有原位钝化修复技 术、植物富集技术、农艺调控技术。原位钝化修复技术 由于成本低廉、便于操作、效率高，适用于大面积中轻 度重金属污染耕地修复治理。原位钝化修复技术是指向 土壤中添加天然或人工合成的矿物材料，通过吸附作 用、离子交换、化学沉淀、络合（螯合）、氧化-还原 等机制降低重金属的生物有效性，减少植株对重金属的 吸收[1、2]。按钝化剂的性质差异可将其分为无机类、有 机类和有机-无机复合类。其中无机类主要包括石灰、 粉煤灰等碱性物质，羟基磷灰石、磷矿粉等磷酸盐类以 及天然或人工合成的沸石、膨润土等矿物。有机类包括 农家肥、草炭等有机肥料[3]。生物质炭是作物秸秆在缺氧 或厌氧条件下高温裂解而制成的一种新型的修复材料[4]，
试验设计：试验选用常规水稻品种进行晚稻小区试 验；设空白对照（CK），3种钝化剂处理（L、NA、NB）， 2个添加量（150 0kg / hm 2，3 0 0 0kg / hm 2），均设3次重 复，共21个小区，每个小区30m2，采用随机区组排 列。小区间用覆薄膜的田埂隔开，小区间单排单灌。
试验操作流程：在水稻种植前按照试验设计布置小
CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY 2019.12
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Focus on Soil Pollution Prevention and Control
硅酸盐类钝化剂原位修复土壤重金属胁迫机理的研究进展
硅酸盐类钝化剂原位修复土壤重金属胁迫机理的研究进展王会方;张辉;王萍;董月;张永春【摘要】硅酸盐类钝化剂对于修复土壤重金属胁迫具有重要作用,外源硅能有效缓解土壤重金属胁迫对植物生长发育等方面的毒害作用.硅酸盐类钝化剂修复土壤重金属胁迫的机理主要涉及土壤和植物两个系统,土壤方面主要是改变土壤重金属形态,降低其生物有效性及迁移性,包括提高土壤pH、对重金属的吸附作用、引入硅酸根与重金属离子形成沉淀等;植物方面主要是增强植株对重金属胁迫的耐受性,包括减少植株地上部分对重金属的吸收、限制重金属离子在植株内的迁移及积累、增强植株对重金属胁迫的生理生化响应等.【期刊名称】《上海农业科技》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P20-22)【关键词】硅酸盐类钝化剂;土壤;重金属胁迫;修复机理【作者】王会方;张辉;王萍;董月;张永春【作者单位】江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站,江苏省南京市210014;江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站,江苏省南京市210014;江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站,江苏省南京市210014;江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站,江苏省南京市210014;江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站,江苏省南京市210014【正文语种】中文土壤重金属污染已成为全球性的生态问题，其污染源主要包括化工、采矿、电子等工业生产产生的“三废”以及农药、化肥、生活垃圾等固体废弃物[1]。
土壤重金属污染不仅能严重制约植物的生长和发育，造成直接的经济损失，还能通过食物链进入动物和人类体内[2]，严重威胁着动物和人体的健康。
因此，如何治理和控制土壤重金属污染，并寻找出能有效缓解重金属污染的方法，已成为当今农业、生态以及环境科学领域研究的热点和亟待解决的难题。
不同钝化材料对红壤中铜有效性的影响及机理
油菜（ ｒｓｉａｃｍ ｅｔｓＬｖｒ ｏ ｍｕ ｉ 吸收铜 的影响 。结 果表 明 ：在铜污染红壤上 ，３种钝化材料 降低 土壤 Ｅ Ａ提 取态 Ｂ ａｓｃ ａ ｐ ｓ ｉ ａ ｎ ｎｓ ｒ， Ｃ ） ＤＴ
铜 含量的效果显著 。 中， 其 在高铜污染水平红壤上 ， 施用高量赤泥 、 硼泥处理 降低 效果最为明显 ， 污染 对照降低 了 ４ ． ％、 较 １８ ４ ４ ． ％。在低铜污染水平红壤上 ，施用 高量 赤泥处理降低效果最为 明显 ，较对 照处 理降低了 ３ ．３ ４４ ４ ５８ ％。施用 ３种钝 化材 料均
化 物 等 ）表 面对 铜 离子 的 吸附解 吸 、沉淀 溶解 作用 既 是控 制 土壤 中可溶性 铜 浓度 的主 要原 因 ，也 是控 制 土壤 铜植 物 有效 性 的主要 因素 。 不 同 钝 化 材 料 降 低 重 金 属有 效 性 的机 制 存 在
差 别 ，如石 灰类 主要 是通 过 改变 土壤 ｐ Ｈ、与金 属离
１４ 植物铜 含量 分析 ． 采集有 代表 性 的小 油菜整 株样 品 。先用 自来 水
供 试 土壤 为红壤 ，黏粒 矿物 以高岭石 为 主 ，含 有 较 多 的氧化铁 和 氧化铝 ，采 自湖南祁 阳中 国农 业
科 学 院红壤 试验 站 （ ６４ １ 。２ ） Ｎ ２ 。５，Ｅ １１５ 。红壤 基 本 性质 如下 ：ｐ （ Ｏ） ．２ ｗ 全氮 ）０８ － ～， Ｈ Ｈ２ ５ ， （ ４ ＝ ． ｇｋ ７ ｇ ｗ（ 速效 磷） ６０ｍｇｋ ～，ｗ（ ＝． ｇ 全磷 ） ０ ４ ｇｋ ～ （ ＝ ． ‘ｇ ，ｗ 速 ４ 效 钾 ） ７ ・ ～，ｗ（ 机 质 ） １ ． ｇｋ ～，ｗ 黏 － ０ ｍｇｋ ｇ 有 ＝ ４９ ・ ｇ （
道 。本研 究 红壤 为 试 验土 壤 ，探 讨 ３ 钝 化材 料对 种 铜 在 土 壤 中 的有 效 态 含 量 变 化 及 小 油 菜 吸 收 铜 影
施用钝化剂对土壤重金属污染修复的研究进展
施用钝化剂对土壤重金属污染修复的研究进展作者：韩云昌张乃明来源：《江苏农业科学》2020年第10期摘要：随着对环境污染治理重视度的不断提高，土壤重金属污染的治理与修复已受到各方的广泛关注。
对于中轻度污染的土壤而言，化学钝化剂由于其使用便利、见效快等优点而广泛使用。
本文结合最近的研究将钝化剂分为无机钝化剂和有机钝化剂2类，包括石灰性物质、黏土矿物、含磷材料（无机钝化剂）以及腐殖质物质、生物炭材料（有机钝化剂），总结了几种常见钝化剂的单施及配合施用对重金属铅污染土壤修复的机理和技术，介绍了钝化剂对土壤重金属铅修复的效果和注意事项，并对钝化剂进行土壤重金属污染修复的前景和目前存在的问题进行了总结。
关键词：土壤;重金属污染;无机钝化剂;有机钝化剂;修复中图分类号： X53 ;文献标志码： A ;文章编号：1002-1302（2020）10-0052-05收稿日期：2019-05-08基金项目：云南省科技惠民计划（编号：2014RA018）;云南省科技创新人才计划（编号：2015HC018）;云南省科技合作计划-院士專家工作站项目（编号：2015IC022）。
作者简介：韩云昌（1992—），男，山东济南人，硕士，主要从事土壤环境污染与监测研究。
E-mail：2441701088@。
通信作者：张乃明，博士，教授，主要从事土壤质量演变与农业面源污染控制领域研究。
E-mail：zhangnaiming@。
我国工农业不断发展，所带来的土壤重金属污染问题也日益严重。
对于农耕地来讲，重金属污染会降低土壤肥力，使农作物产量下降，使作物重金属含量超标，并且重金属会随着降雨而污染地表径流和地下水，破坏水体环境，可能直接毒害植物或通过食物链危害人体及其他动物健康。
铅是环境中优先控制的重金属，其毒性大，不会通过化学反应或被微生物降解，并且易在土壤和生物体内富集[1]。
铅通常存在于含有铜（Cu）、锌（Zn）、银（Ag）的矿石中，并作为这些金属的共同产物而被提取。
重金属污染土壤修复技术及其修复实践
优点：操作简单，效果明显
缺点：成本较高，可能影响土壤结构
应用实例：某重金属污染场地修复项目，通过换土法成功去除了土壤中的重金属污染。
热解吸法
原理：利用热能，使污染物从土壤中解吸出来
优点：适用于各种类型的土壤，操作简单，成本低
缺点：需要消耗大量能源，可能产生二次污染
应用实例：某重金属污染土壤修复项目，采用热解吸法成功修复了污染土壤
生活垃圾：如生活污水、垃圾填埋等
交通污染：如汽车尾气、船舶油污等
自然因素：如火山爆发、地震等自然灾害导致的重金属释放
土壤重金属污染的危害
污染地下水：重金属污染会污染地下水，影响饮用水安全
破坏生态环境：重金属污染会破坏土壤生态平衡，影响生物多样性
危害人体健康：重金属通过食物链进入人体，危害人体健康
影响农作物生长：重金属污染会导致农作物减产，甚至无法生长
重金属污染土壤修复技术及其修复实践
汇报人：
目录
01
添加目录项标题
02
重金属污染土壤修复技术概述
03
物理修复技术
04
化学修复技术
05
生物修复技术
06
农业生态修复技术
添加章节标题
1
重金属污染土壤修复技术概述
2
土壤重金属污染的来源
工业排放：如冶金、化工、电镀等行业
农业污染：如农药、化肥、畜禽养殖等
土壤重金属污染修复技术的分类
Hale Waihona Puke 物理修复技术：包括隔离、稀释、吸附等方法
生物修复技术：包括植物修复、微生物修复等方法
化学修复技术：包括氧化还原、沉淀、离子交换等方法
土壤重金属污染修复技术的发展趋势
绿色环保：采用无毒、无害、无二次污染的修复技术
钝化剂对重金属的吸附及其吸附机理的研究
水 溶液体 积 ，本 试验 中水 溶液体积采 用 １０ｍ ； ０ Ｌ
ｍ一 混合溶液 中钝化剂 的重 量 ，均采用 １ｇ 的吸附
剂 ，所 采 用 的 固液 比为 １１０ ：０ 。 同时用 Ｐ Ｊ１ Ｘ 一 Ｂ数 字 式 离 子 计 测 定 水 溶 液 的
ｐ Ｈ。在整 个试 验过 程 中所采用 的器皿均 在 １ ％硝 酸 ０
钝 化剂对重 金属 的吸附及其 吸附机 理 的研 究
黄雅 曦 ，李 季 ，李 国学 ，杨合 法。 ，黄 妍 ，徐连 双
１０ ９ ； ０ ０ ４
（． １ 黑龙江大学农学 院，哈尔滨
１０ ８ ； ．中国农业大学资源 与环境 学院，北京 ５００ ２
３ 中国农业大学 曲周试验站 ，河北 ．
邯郸
条 件下探 讨 了沸 石 和草炭 对重 金属 离子 Ｅｉ、Ｍｎ＋ Ｌ＋ ２ ｚ 、
三 角瓶转人离心管 ，以 ３ ０ ・ ｉ ０ｒｍ ｎ ５ 离心 １ ｉ， ５ｍ ｎ 使混合液分离并取其上清液 ，利用原子吸收火焰法
进 行平 衡液 的重金 属 离子 浓度 测定 。 由此 可得 出在
此初始 ｐ Ｈ条件下重金属的吸附平衡浓度 ｅ，根据
０ ７ ５ ； ． 龙江省经济作物技术指导站 ，哈尔滨 ５２０４ 黑 大庆 １３ ５ ） ６４３
１０ ９ ； ５００
５ 大庆油 田新世 纪实业公司，黑龙江 ．
摘
要 ：试验探 讨 了静 态务件 下沸石和草炭对 重金属 离子的吸 附特性 和吸 附热 力学性质 。结果表 明，重金 属
钝 化 剂 沸石 和 草 炭 中加入 重金 属 溶 液 （ ｕ 、 Ｍ 、Ｚ Ｐ ｄ ） 浓 度 越 大 ，钝 化 剂 对 重 金 属 离 子 的 吸 附 量 越 Ｃ ｎ ｎ 、 ｂ 、Ｃ 的
重金属污染土壤修复中钝化材料的应用研究进展
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安徽农学通报，Anhui Agri.Sci.Bull.2017，23（05）
基金项目：高等学校学科创新引智计划（“111”）项目“干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智计划项目”（B08039）；国家科技支撑计 划课题（2015BAD05B01）。
作者简介：刘创慧（1989—），女，硕士研究生，研究方向：土壤污染修复与防治。*通讯作者 收稿日期：2017-01-15
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通过向土壤中添加化学材料，经过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列化学反应过程，降低土壤中重金属的
环境风险，因其具有原位性、经济性、操作的便捷性等特点而越来越多地被应用到重金属污染土壤修复的实
践中。该文通过对近年来应用于重金属污染土壤修复中的钝化材料进行分类概述，总结了各类钝化材料钝
化重金属的效果、机理和应用情况，为重金属污染土壤修复提供理论依据。
5 中国科学院大学，北京 100049；6 江西省重金属污染生态修复工程技术研究中心，江西南昌 330096；
7 国家红壤改良工程技术研究中心，中国科学院红壤生态实验站，江西鹰潭 335211）
摘 要：由于土壤重金属污染对植物、动物和人类健康的直接和潜在毒害，以及它的不可降解性，使得重金属
污染土壤的修复受到了越来越多的关注。化学钝化修复技术作为一种重要的重金属污染土壤修复手段，是
重金属污染土壤修复中钝化材料的应用研究进展
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主要内容
重金属在土壤中的存在形态 钝化剂的种类 钝化剂的作用机理
重金属的存在状态
水溶态 可交换态：指吸附在土、腐殖质及其他成分上的金
属，对环境变化敏感，易于迁移转化，能被植物吸收。
碳酸盐结合态：指土壤中的重金属元素在碳酸 盐矿物上形成的共沉淀结合态，对环境条件特 别是pH值最敏感：当pH↓，易重新释放出来而 进入环境；当pH↑，有利于碳酸盐的形成。
有机—无机复合钝化剂
主要是充分利用有机和无机两种钝化剂的有点，配合施用 达到治理污染，减少资源浪费和降低环境风险。
例如： VanHerwijnen 等也认为由于粘土矿物性质比较稳 定 , 堆肥配合粘土矿物能保证钝化效果的持久性 . 利用有机 质配合铁铝物质等其他钝化修复剂原位钝化重金属污染物, 一方面有机质可缓冲化学钝化修复剂所带来的可能的 pH变 化 , 另一方面 , 有机质也可与这些钝化修复剂结合形成复合 物 , 在一定程度上起到防止有机质迅速降解的作用 , 因而有 望弥补因有机质分解所带来的风险,达到协同和互补的效果.
谢谢！
铁锰氧化物结合态：一般是以矿物的外囊物和 细分散颗粒存在，活性的铁锰氧化物比表面积 大，吸附或共沉淀阴离子而成。 有机结合态:使土壤中各种有机物与土壤中的 金属螯合而成的。 残渣态：一般存在硅酸盐、原生和次生矿物等 土壤的晶格中，是自然地质风化的结果，在自 然条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中， 不易为植物吸收。
钝化剂对土壤重金属的作用机理
土壤的重金属污染较为普遍，是目前我国面临 的较为严重的问题，污染主要来自于农药、大 气沉降、污水等，治理工艺分为工程治理措施 和物理化学修复两大类。工程治理措施主要包 括：客土、换土、去表土和深耕翻土等措施； 物理化学修复主要包括：固化 / 稳定化、电动 修复、络合淋洗、蒸汽浸提、氧化还原、农业 修复、生物修复等
有机钝化剂（禽畜粪便、泥炭） 在土壤重金属污染的修复中起络合、截留、固 定重金属污染物的作用，而部分有机修复剂对 生物还有一定的解毒作用。 有机堆肥有助于恢复土壤微生态环境系统， 降低土壤中有毒重金属的生物可给性，从而减 少对作物的毒害。
无机改良剂（石灰、磷酸盐等）
施用石灰等碱性物质后，一方面土壤pH值提高 土壤表面负电荷增加，从而土壤对重金属的亲 和性增加；另一方面pH值升高，也有利于MOH+ 的存在而提高cd等重金属离子的吸附量，同时 促使土壤中Cd、Cu、Hg、zn等重金属形成氢氧 化物或结合态沉淀或共沉淀。 粘土矿物不仅能将一些重金属阳离子吸附在 其表面,降低有毒金属元素的有效性,而且能将 部分重金属离子牢牢地固定于其晶格内。
钝化剂的类型
在目前可以分为有机型、无机型以及有机-无 机复合型三类。在目前的研究中有机型钝化剂 有禽畜酸、磷酸盐类[2]、粉煤灰、粘土矿物等，而 有机-无机复合肥则包括了泥炭、活性土、海 泡石、污水污泥等。
钝化剂作用机理