隨著我國工業化進程的加快,重金屬污染已成為我國土壤環境面臨的主要問題之一。土壤重金屬已經嚴重影響植物的生長及作物的生產,并隨著食物鏈進入人體,近年來不斷暴露的砷、鉛和鎘等重金屬中毒事件表明,重金屬已對部分地區人群健康構成嚴重的危害。目前,重金屬污染已經成為一個全球性的重大環境問題,并由此針對污染的土壤進行土壤修復已經成為各國研究的重點之一。
1、沸石在土壤改良中應用前景良好
天然沸石是一種含水的堿金屬和堿土金屬的架狀鋁硅酸鹽礦物,具有較強的選擇吸附性能、離子交換性能和較大的吸附容量,在改良土壤方面有獨特的作用。我國天然沸石儲量達40億t,位列世界前茅,年生產能力800萬t。沸石具有許多獨特的特征:晶體架狀結構的沸石,中間形成很多的空腔和孔道,就使其能吸附并儲存大量分子,具有很強的吸附作用;沸石晶體骨架中陽離子與骨架聯系較弱,當其與某種金屬鹽的水溶液相接觸時,兩種容易發生陽離子交換;沸石的內部比表面積很大,每克沸石的比表面積可達355-1000㎡,其結晶骨架上和平衡離子上的電荷局部密度較高,并在骨架上出現酸性位置,使其具有固體酸性質,是有效的固體催化劑和載體。
除此之外,沸石還具有良好的熱穩定性和耐酸性。由于沸石作為吸附劑和催化劑,在使用和再生時,往往要遭受高溫和強酸的作為,所以沸石的耐高溫和耐強酸的性能較好。
2、沸石在重金屬污染中的應用現狀
據報道,世界各國礦業開發所產生的尾礦每年就達50億t以上。而自20世紀50年代以來,我國大量開采各種礦產資源,在礦產資源挖掘、選礦和冶煉過程中對周邊的土壤環境產生了不同程度的污染,尤其在廣西、云南、湖南等礦業大省更為嚴重,目前這種局面并沒得到很好改變。近幾年來,政府和相關部門通過各種措施,但由于技術不成熟和資金缺乏等問題,土壤環境的根本性改善需要幾十年,甚至更長的時間。
目前,針對土壤污染而展開的修復工作層出不窮,一般集中在微生物修復、植物修復、化學修復和農業措施等這四個方面進行修復。
沸石在改善土壤養分狀況、鹽堿地改良、土壤物理性狀改善和污染土壤修復等方面的應用受到廣泛關注,國內外許多學者也開始對沸石處理重金屬污染方面也進行了相關研究。比如,利用沸石分子篩處理含汞廢水時發現,沸石分子篩對二價汞有較強的去除作用,并有較大的吸附容量,按汞與分子篩質量比為32mg/g進行處理,汞的去除率達99%以上。發現,沸石還可以與化肥混合或者作為復合肥施用,可以減少有效營養元素的流失(達20%以上),并能改良土壤性能,顯著降低農業種植成本。有研究表明,沸石配以骨炭施入土壤中可有效降低土壤有效態重金屬含量,使輕度污染土壤上的蔬菜達到衛生安全標準。
Zeolite對土壤重金屬鉛具有一定的鈍化效果,可有效抑制土壤鉛的遷移及生態有效性。可見,合理施用天然沸石可鈍化土壤中重金屬,降低重金屬的活性,從而降低農作物的重金屬含量,在低污染土壤中應用廣泛。
沸石還可人工合成。施用粉煤灰合成沸石達到污染土壤中的重金屬固定的目的,降低其在環境中的遷移性和生物可利用性。經過試驗,當每公頃土壤中使用25000kg的沸石時,大多數金屬(Cd,Co,Cu,Ni,Zn)的浸出能力就下降約95-99%,土壤中重金屬被鈍化了,對作物的毒害也就相應減弱了。認為合成的沸石在處理水中重金屬時,對水中重金屬的吸附容量比粉煤灰的高。綜述了天然沸石修復有害重金屬污染的相關方面的理論后認為應該側重于對天然沸石的單/聯合整治。但是,也有研究認為,利用天然沸石能降低土壤中活性鋅的含量,但對酸溶性鉛和鎘的含量不產生影響。
3、沸石在土壤重金屬污染修復技術研究的展望
沸石的利用是一項新興的高效修復技術,其來源廣泛,成本低。我國煤礦資源豐富,鋼鐵水泥等工業比較發達,如果能利用粉煤灰合成沸石對污染土壤進行固化,不僅成本降低了,而且還實現了在鋼鐵水泥工業中粉煤灰的回收利用,大大減少空氣中可吸入顆粒物含量,從而達到空氣與土壤的雙重處理的效果。所以利用沸石來處理重金屬污染土壤的技術,具有良好的經濟效益,社會效益和環境效益,因此具有廣闊的應用前景。