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腐植酸对重金属污染土壤的修复作用

2016-11-02

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随着工业的迅速发展,电镀、采矿、冶金、化工等过程中会产生大量含镍、铜、钴等重金属的废水。废水进入江河湖泊,不仅对水体产生重金属污染,而且用这些污水灌溉农田,会造成农田中严重的重金属超标。

1、腐植酸对重金属离子的吸附和稳定化作用

土壤中游离态的腐植酸很少,大部分腐植酸通过范德华力、氢键、静电吸附等作用形成土壤有机 - 无机复合体,这种腐植酸有机 - 无机复合体能够很好地与金属离子发生络合反应。腐殖酸中的羧基、羟基、羰基和氨基等均能与重金属发生络合、螯合反应,使土壤中水溶态和交换态的重金属含量降低;腐植酸还能与一些重金属形成难溶性的盐类,抑制重金属的迁移,使重金属在土壤中的稳定性增强。土壤对可溶态的重金属离子吸附量很小,即使有吸附,其稳定性也很差。腐植酸能够改变土壤中重金属的存在形态,在土壤中加入腐植酸可以降低可溶态重金属含量,增加碳酸盐结合态、氧化物结合态的含量,使有机结合态的Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+含量降低,从而降低这些离子在土壤中的活性、毒性以及生物可利用性。

腐植酸是一种带有负电荷、呈弱酸性的胶体,但腐植酸边棱是带正电荷的,土壤中粘土晶体表面带有负电荷,所以土壤能够吸附腐植酸胶体。由于大部分金属离子带有正电荷,腐植酸与土壤胶体结合,能够增强对土壤中重金属的吸附。腐植酸具有很大的比表面积,约为2000 m2/g,比粘土和金属氧化物的比表面积都大。腐殖质与金属离子的作用有:离子相互作用、疏水作用、电子供体—受体相互作用,一般碱金属离子和碱土金属离子与表面带负电荷的有机质形成离子键。腐植酸是土壤有机质的主要成分,呈弱酸性,且含有多种功能基团,能够与土壤溶液中的重金属离子发生离子交换反应,降低土壤溶液中重金属离子的含量。

2、腐植酸对重金属离子的氧化还原作用

腐植酸能将土壤中重金属离子还原,形成稳定的螯合物。参与反应的腐植酸基本单元主要是醌类物质,还原过程为:氧化态的腐植酸结合来自电子供体的电子,转化为还原态的的羟醌,而后通过电子转移使金属离子还原,还原后的腐植酸又重新转化为氧化态,这样重复循环,形成对金属离子持续的还原转化,减少土壤中重金属离子的迁移。作为还原剂,腐植酸能够使土壤中的镉、汞形成稳定的硫化物沉淀,使毒性较高的六价铬还原为毒性较小的三价铬,降低铬毒性。腐植酸能够为土壤中的生物提供基质和能源,间接影响土壤中重金属离子活动能力。

土壤溶液pH值的变化也会影响腐植酸对土壤中重金属的净化和修复。当土壤溶液的pH值为4~7 时,腐植酸通过吸附作用能够较好地去除土壤中的二价镍离子。土壤溶液pH值对土壤中铬离子去除也有很大影响。随着pH值的升高,腐植酸对六价铬的去除能力降低,当pH值为3 时,腐植酸对六价铬的去除效果最好,且随着腐植酸量的增加,六价铬的去除率上升。



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