1、粘土矿物治理重金属污染的探讨00812084 张凭跃摘要：本文综述了污染土壤的重金属来源，分析了粘土矿物的结构特点，阐述了粘土矿物治理重金属污染的机理和应用实例，指出了随着人们认识、技术水平的提高，粘土矿物在治理重金属污染中将发挥重要的作用。关键词：粘土矿物 重金属 净化在治理污染土壤的过程中，重金属污染物是一类典型的优先控制污染物，许多世界著名的环境公害事件都证明与重金属污染有关。美国、日本、德国及其它欧共体国家先后将其列入优先控制有机无机污染物黑名单与灰名单。长期以来有关重金属污染物在环境中的迁移动态、形态转化和生态效应也成为国际环境科学领域的研究热点。土壤重金属污染主要是由于采矿、冶炼、
2、化工、电镀、电子和制革等工业产生的含重金属废弃物进入土壤，以及污灌、农药、化肥、垃圾、粉煤灰和城市污泥的不合理施用引起的，重金属进入土壤后，由于不能被微生物分解，而能被生物富集和积累，重金属在土壤中积累到一定限度就会对土壤植物系统产生危害，并有可能通过接触、食物链等途径直接或间接地危害人类。据Assaway的估算，进入土壤的重金属，在没有外来继续进入，只通过植物吸收使其在土壤中消失的时间：As和CA 为100年；Cu，Mn，Mo和Zn为1 000年；Co，Pb，Ni，Cr和V为10 000年。因此，土壤的重金属污染与治理一直是国际上研究的热点与难点问题，也是我国农业可持续发展和环境质量改善中许
3、多学科共同感兴趣的问题。治理重金属污染的传统技术有化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附等。但这些方法普遍成本较高。由于粘土矿物来源广，价格低廉，具有化学、机械稳定性好，多孔隙率等特点，利用粘土矿物治理重金属污染，已经受到人们的关注。1 污染土壤的重金属来源污染土壤是指土壤中的某一物质或多种物质因含有足够的数量或浓度从而表现对特定目标或对象有直接或间接的危害，这样的土壤称为污染土壤，其主要污染源有工业、生活、交通和农业污染源。1.1 工业污染源重金属主要来自于采矿业、钢铁业、金属处理与加工业、化学与制药工业、石油加工业、纺织工业、印染业等。例如，美国蒙大拿州某有色冶金企业每年排人大气中的锌约5
4、 t，镉约250kg，其周围地区土壤表层02.5 cm内锌的含量很高，离厂18km达1 090 mgkg，离厂36km为233 mg/kg，离厂72km 为48 mg/kg。在上述距离土壤中镉的含量分别为37mgkg，17mgkg和4 mgkg，可见冶金企业排放的废气对周围环境有明显的污染，而且离厂越近，污染越严重。我国现有的国营矿山企业8 000多个，个体矿山达23万多个，由于种种条件的限制国内许多矿山废弃物未经任何处理就任意排放与堆置，造成了较为严重的环境污染问题。1.2 生活污染源我国每年都有相当一部分生活垃圾不能处理，运到城郊农地上堆存，其渗滤液中含有大量的重金属，从而污染土壤。据A
5、A别乌斯等资料，在垃圾堆放场周围土壤(0 20cm)中某些化学元素的含量比远离堆放场的高得多，如距垃圾堆放场50m、100m、250m土壤中铜的质量浓度分别为300 mgkg，100 mgkg，40 mgkg，Pb、Zn、Cr、Ni也是距垃圾场越近，其含量越高。1.3 交通污染源机动车排放的废气对土壤环境产生影响，不仅表现在公路两旁土壤中氮氧化物、碳的氧化物和碳氢化合物明显增加，而且公路两旁土壤中铅的含量明显增加，且距公路越近，铅的含量越高。在瑞典距离公路55m的土壤中易溶性铅和难溶性铅的质量浓度分别为99 mgkg和334 mgkg；距离20m的土壤中，分别为27 mgkg和22 mgkg；
6、距离40 m的土壤分别为22 mgkg和76 mgkg。由于公路两旁受铅的污染，其上植物中铅的含量往往比其它地区高。在德国，公路旁青草中铅的质量浓度为34 50 mgkg，而清洁地区仅2 3 mgkg，甜菜叶子中含铅量为25 32 mgkg，超过欧洲经济共同体规定的标准15 22倍，甜菜和马铃薯茎中铅的质量浓度分别达70 mgkg和100 mgkg，白菜、菠菜中铅的质量浓度也都较高。1.4 农业污染源某些农药在其组成中含有汞、锌、铜、铁等重金属，经常施用这些农药易引起重金属污染。另外，我国北方和西北地区由于年降雨量较少，雨量年分布变异大，因此污灌面积逐年扩大。而工业废水中含有大量CA 、Hg、
7、Pb、As等，不恰当的污灌将会造成土壤重金属污染。2 粘土矿物的结构特点粘土矿物主要是由粒径Zn（+2）Ni（+2）Cd（+2）。李红阳等通过实验表明，粘土矿物对于Cr、Cd、Pb、Hg、As等有害元素具有很强的吸附能力，是理想的低成本吸附剂，在废水处理中，可用来取代活性炭或离子交换树脂来去除重金属等有害元素。古映莹等对高岭土进行表面改性制备了高岭土一MBT (聚苯乙烯)复合体，考察了对溶液中重金属离子的吸附性能。结果表明，高岭土一MBT复合体对水中+2价Pb离子、+2价Hg离子、+2价Zn离子的吸附能力明显优于纯高岭土和仅经过表面处理的高岭土。金漫彤等利用偏高岭土、碱激活剂等合成了土壤聚合物
8、，并进行了含重金属废物的固化。结果表明，对Zn抖、Pb抖、Cu 和Cd 捕集效率高，浸出毒性能达到国家标准。6 粘土矿物修复土壤重金属污染发展方向6.1 根据粘土矿物材料对肥料养分的控释作用，粘土矿物修复材料可与肥料相结合，发挥其双重作用。6.2 针对土壤重金属污染特点和修复要求的差异，可将多种粘土矿物按照一定的比例混合在一起或将粘土矿物修复与其他修复方法相结合，后者称之为联合修复，以便克服各自的缺点，提高性能，达到更好的修复效果。6.3 对粘土矿物进行物理加工，改变其性质，提高修复功效。如粉碎粘土矿物不仅可以提高其对重金属的吸附性能，而且还可以形成不可逆吸附。6.4 对粘土矿物有关改性方面的
9、研究。如将多重改性或性能更好的改性粘土矿物引人土壤重金属修复领域，以提高其对土壤中重金属的吸附与固定能力，使被固定的重金属不易重新释放出来，产生二次污染。7 结语粘土矿物在重金属污染治理中有着独特的作用，开发储量丰富、价格低廉的粘土矿物，并对有一定净化功能的粘土矿物进行合理改性，是治理重金属污染的新途径，这种方法具有设备简单、操作简便、二次污染小等优点。目前，利用粘土矿物治理重金属污染，大都处于研究阶段，实际的应用不是很多。随着人们对粘土矿物净化重金属污染机理的深入认识，以及粘土矿物加工改性技术的不断开发和应用，粘土矿物在重金属污染治理中，将会发挥重要的作用。参考文献陈英旭环境学中国环境科学出
10、版社，2001聂永丰 三废处理工程技术手册(固体废物卷)化学工业出版社，2002陈武，季寿元矿物学导论地质出版社，1985程争光，沈上越，范力仁， 等伊利石高吸水性复合材料的制备工艺研究化工矿物与加工，2006孙胜龙，龙保永，蔡保丰非金属矿物修复环境机理研究现状地球科学进展，1999吴宏海，吴大清，彭金莲重金属离子与石英表面反应实验研究地球化学，1998何宏平，郭九皋，谢先德，等蒙脱石等粘土矿物对重金属离子吸附选择性的实验研究 矿物学报，1999柯家骏，陈淑民，胡向福，等膨润土粘土矿物吸附重金属的研究重庆环境科学，1993李红阳，牛树银，王宝德矿物材料与环境污染治理一以粘土矿物和沸石为例北京地质，2001古映莹，程化，邓鹏，等高岭土一MBT复合体对某些重金属离子吸附性能的研究 精细化工中间体，2002金漫彤，沈学优土壤聚合物制备及其固化重金属离子的研究 化工环保，2005吴平霄. 黏土矿物材料与环境修复. 北京化学工业出版社，2004杭小帅，周健民，王火焰，沈培友. 粘土矿物修复重金属污染土壤. 环境工程学报，2007杨秀红，胡振琪，张迎春. 利用工业矿物治理重金属污染土壤的探讨. 金属矿山，2003周启星，宋玉芳. 污染土壤修复原理与方法. 北京科学出版社，2004
