沸石对土壤中重金属铅去除效果研究

1、*大学本科生毕业论文研究沸石对土壤中重金属铅的影响 研究沸石对土壤中重金属铅的影响专业：给排水科学与工程学生：尹德添 指导教师：梁英摘要随着全球化的经济和城市建设发展，土壤污染的问题越来越突出。大量含重金属的污染物经过工业和生活废水排放、固体废弃物的堆积、农药化肥施用和大气降尘等途径进入土壤，造成了严重的土壤重金属污染。我国土壤重金属污染形势比发达国家严重程度更是有过之而无不及之势。铅是重金属元素中最软的金属也许不为我们所知，但随着近年来多起引人关注的儿童血铅超标、铅污染土壤以及粮食中含重金属铅严重超标等事件被报道，使得铅的名声可谓臭名昭著。所以，近年人们对污染土壤中重金属的治理去除进行了大量

2、的研究，目前，主要有人们对重金属的治理方法主要有生物方法、物理方法和化学方法等。在此次实验中，我们采用化学方法中最常用投加沸石矿物改良剂的方法，对土壤投加沸石改良剂的方法成本低廉、简单易行并且我国沸石矿物储量丰富，希望能对改型沸石的对土壤中铅的去除有更全面的了解，希望能够为提高沸石对铅的去除效率提供帮助。通过对实验数据的分析我们得到以下结论：（1）沸石矿物骨架基本单元独具的多孔结构和其结晶化学性质使得其对水分子有很强的亲和力，使得土壤有良好的保水性。（2）沸石不仅可以提高土壤中的阳离子交换，提高土壤的蓄水量，还可是提高土壤的PH。（3）酸性条件下去除土壤中的铅所用的沸石投加量比中性条件下的沸石

3、投加量大。（4）污染土壤中的重金属铅离子的处理过程中，还原态和醋酸可提取态的含量被大量吸附、固定，对氧化态的处理吸附同时会对其产生少量激发释放。关键词：重金属铅、沸石、污染土壤Resarch of Zeolite on the Impact of Pb in SiolMajor: Water supply and drainage engineeringStudent：Detian Yin Instructor：Ying LiangAbstractWith the globalization of economic and urban development, causing more and

4、 more problems of soil pollution. After a large number of pollutants containing heavy metal by industrial and domestic wastewater, solid waste accumulation, pesticide and fertilizer application and atmospheric dust and other ways into the soil, causing serious soil heavy metal pollution. Heavy metal

5、 pollution situation in China was more than in developed countries severely. Lead is a heavy metal element in softest perhaps that we do not know,but in recent years, with severalhigh-profilein children's blood lead exceeded, lead-contaminated soil and food containing heavy metals lead and other

6、 incidents have been reported seriously overweight, making the lead reputation stinks.Therefore, in recent years, people on the governance of heavy metal contaminated soil removal done a lot of research, Currently, People on the governance of the main methods of heavy metals such as biological metho

7、ds, physical and chemical methods. In this experiment, We use the most common chemical dosing zeolite mineral modifier method, Zeolite on soil improver dosing method is cheap, simple and Chinese zeolite mineral reserves are abundant, hoping modified zeolite for the removal of lead in the soil have a

8、 more comprehensive understanding, I hope to be able to enhance the removal of lead zeolite efficient help. Through the analysis of the experimental data we obtain the following conclusions:(1) The basic skeleton of zeolite minerals have unique porous structure and chemical properties of the crystal

9、 so that its molecules have a strong affinity for water, so that the soil with good water retention. (2) The zeolite can not only improve the soil cation exchange, improve soil water storage capacity, but also improve the soil's pH.(3) Under acidic conditions to remove lead in soil used in the d

10、osing ratio of zeolite zeolite under neutral conditions dosing volume.(4) Heavy metal contaminated soil in the processing of lead ions, the reduction state and the content of acetic acid extractable absorption is large, fixed, on the oxidation state of the adsorption process will also generate a sma

11、ll amount of its excitation released.Keywords: Heavy metal lead,Zeolite, Soil pollution 目 录摘要··································

12、83;···························Abstract·····················&

13、#183;···································第一章 引言·············&

14、#183;········································11.1浅谈土壤重金属污染及其特点······&#

15、183;······················21.1.1土壤重金属污染及其现状························

16、83;·······21.1.2土壤重金属的污染及国内外现状··························31.2土壤中重金属污染物铅（Pb）现状及修复技术·········

17、···4 1.2.1修复物铅的选择········································41.2.2受重金属污染的土壤的修复措施·&#

18、183;························61.2.3修复技术的选择·······················&

19、#183;················81.3沸石的综述·······························

20、3;···············91.3.1沸石的简介·································

21、;···········91.3.2天然沸石及改性沸石的浅析·····························101.4实验研究意义·····

22、·······································121.5实验研究内容·········&

23、#183;··································131.5.1我国酸雨现状·············

24、····························13第二章 方法与材料····················&

25、#183;··························152.1实验前期准备·····················&#

26、183;······················152.1.1研究路线与测定方法的初步确定························

27、;·152.1.2复合重金属污染土壤的取样·····························152.1.3实验所用沸石的选取··············

28、·····················152.1.4重金属的分析方法··························

29、83;··········162.1.5金属的预处理·····································&#

30、183;···172.2实验概况及步骤··········································182.2.1实验方案选定&

31、#183;········································182.2.2实验步骤·······&#

32、183;·····································19第三章 结果与讨论··········

33、83;····································213.1沸石对土壤的影响···········&#

34、183;···························213.1.1实验过程中下渗液的流速变化···················

35、········213.1.2溶液经过土柱后PH值的变化·····························223.2沸石对重金属吸附分析·······&

36、#183;···························233.2.1溶液pH值为4的条件下的测定值与变化关系···············233.2.2溶液pH值为7的条

37、件下的测定值与变化关系···············263.2.3溶液在pH值为7和4的两种条件下综合分析测定··············293.2.4土样消解处理分析············

38、;·························31结论························&

39、#183;·····································34致谢···········

40、83;·················································

41、83;35参考文献················································

42、83;········36第一章 引言 在过去的一个世纪里，人口的急剧增加而且人类活动的规模越来越大，工业的发展更是突飞猛进，人类工业活动可以说愈演愈烈。而且，进入80年代人类社会发展得越来越快，工业活动也迎来突飞猛进的发展契机，人们也更加盲目地追求建立在高度发达的工业之上的物质财富。但是人们在疯狂的追求工业自身带来财富的同时完全把人口增长过快和工业高度发达对人类社会的负面影响完全抛之脑后。今天，也就是当我们开始停下脚来关注我们所处的环境的时候，要是以前对人类社会快速发展带来的各种难题和工业高度发达负面影响说成预料

43、不足、预防不够还有忽略，那现在所引起的一系列问题更是让人们始料未及、无法掌控，有些全球性问题可以说是我们无法想象的。近年来，全球性的问题所带来的问题让人们越来越觉得是近在咫尺，其中最明显、日益突出的莫过于全球性的环境问题。全球环境问题是逾越主权国家国界和职权行使范围的全球性环境污染和生态平衡受到破坏问题。随着社会进步和经济的发展，全球性环境问题对整个生物圈的影响越来越明显，不但引发了环境污染和生态平衡破坏，更是出现了温室效应、臭氧层破坏、全球气候变化、酸雨、海洋污染、物种灭绝、环境污染、土地沙漠化、土壤受到侵蚀、土壤受到重金属污染日益突出等一系列威胁人类社会生存发展及使生态系统发生变化和破坏的

44、全球性危机。在全球化的，我国的环境问题日益突出。我国人口占全世界人口的五分之一，是名副其实的人口大国，加之经济尚处在发展中，从而我国所面临的环境污染、酸雨、森林锐减、土地沙漠化和土壤受重金属污染环境问题更是突出。所以，我国经济发展与环境保护之间的矛盾尤为尖锐。我国是农业大国，土壤是人类赖以生存发展的最根本的自然资源之一，同时土壤还是生态环境的重要组成部分。我们要生存发展就要保护好土壤不受污染，那样才有足够安全、无毒的粮食保障人类社会进步、发展。然而全世界范围内目前每年平均排放的汞约为15000吨、铅的排放量约为5000000吨、镍约为1000000吨、铜约为3400000吨。我国仅仅耕地受到铜

45、、铅、锌、铬、砷等重金属的污染的面积高达2000万公顷，占总耕地面积的五分之一左右1。民以食为天，如果土壤重金属污染一直持续下去对我国来说无疑将是一场重金属灾难。只有实现真正意义的“绿色发展道路”才能解决土壤重金属污染等诸多破环生态系统平衡的环境破环问题。由于考虑到重金属污染物属于持久性污染物以及其完全无法从环境中很彻底的去除这一特性，找出各种治理土壤重金属污染的方法对这一环境问题进行治理是刻不容缓的。我认为要真正的做到对土壤重金属污染的绿色治理我们需要从以下两方面进行考虑：首先，我们有文明生态的意识，从根源上预防重金属污染，各种以金属为生产原料的行业必须做到真正的绿色生产；其次，对于已经受到

46、污染的土壤马上进行治理，虽然重金属不能干净去除，但是可以将其存在的形态和位置加以改变，使其转移到对环境没有危害的状态或位置中，从而将重金属对整个生态系统污染的危害降到最低2。1.1 浅谈土壤重金属污染及其现状1.1.1 土壤的重金属污染及其特点重金属是指密度大于5g/cm3的金属，或者在元素周期表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称为重金属元素。对环境造成污染的重金属主要是指指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性显著的重金属。土壤重金属污染是指近年来随着社会和城市建设的发展所带来人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不

47、断随雨水降落在土壤中，大量的铜、汞、铬、镉、镍、铅等生物毒性显著的重金属元素及其化合物进入土中并过度积累，导致了土壤污染。土壤重金属污染具有影响范围广、持续时间长、具有较强的隐蔽性并且无法降解即不能彻底从土壤中消除的特点，简要可以归纳为以下几点：(1)在比较低的浓度下就能显现出生物毒性效应，并能长时间在体能富集、积累；(2)重金属不能被微生物降解和彻底去除，只能改变其存在的位置和形态，对环境的影响是长期；(3)重金属在土壤中隐蔽性很强，极不易被察觉；(4)因土壤胶体和颗粒物的吸附作用，长期存在于土壤中，浓度多成垂直递减分布；(5)与土壤中的配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子、腐蚀质等)作用，生

48、成络合物或螯合物，导致重金属在土壤中有更大的溶解度和迁移活性；(6)土壤重金属可以通过食物链被生物富集，产生生物放大作用；(7)重金属的形态不同，其活性与毒性不同，大部分重金属元素属于过渡元素，同一种元素的价太变化比较多，随土壤环境中的pH、Eh、颗粒物以及有机质含量等条件不同呈现不同的形态并且其毒性也随不同的形态发生变化，所以其在土壤中的形态变化非常复杂；(8)在人体内显现毒性的过程比较缓慢，积累的时间越久危害越大，并且重金属在有机结合态下比无机态毒性要强。1.1.2 土壤重金属污染的危害及国内外现状由于土壤重金属污染具有形态变化复杂、在环境中不可消除、生物毒性效应的浓度较低并且环境中的迁移

49、转化形式多样等特点使得土壤中的重金属的有毒元素经由水环境直接毒害植物体，最终通过食物链危害人类健康以及动物生存。所以土壤的重金属污染不仅导致严重经济损失，威胁农产品的生态安全，并且损害人了健康、引起植物生理功能紊乱且发生病变以及动物的生存繁殖延续与生命安全。其危害主要可以简要归纳为以下几项3：(1)土壤的重金属污染使得本来就紧张的耕地资源更加短缺;(2)土壤的重金属污染给农业发展带来很大的不利影响;(3)土壤重金属污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染;(4)土壤重金属污染严重危及后代子孙的利益，不利于经济的可持续发展;(5)土壤重金属污染造成严重的经济损失;(6)土壤重

50、金属污染给人民的身体健康带来极大的威胁;(7)土壤重金属污染影响植物根和叶的发育，破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等；(8)同时土壤重金属污染污染也是造成其他污染的重要原因。 随着全球化的经济和城市建设发展，土壤污染的问题越来越突出，含重金属的污染物经过工业和生活废水排放、固体废弃物的堆积、农药化肥施用和大气降尘等途径进入土壤，造成了严重的土壤重金属污染。目前，基本全世界每个国家的土壤都受到不同程度的重金属污染，据统计，目前全球平均每年汞（Hg）的排放量约为1.5万吨、镍的排放量为100吨，铜（Cu）的排放量为340万吨、向环境中排放的铅（Pb）量高达500万吨,环境每年从人类社会接纳钼（

51、Mn）的排放量竟然多达1500万吨之多，这样的数据摆在在我们面前，形势极不乐观4！就国外的一些国家的状况来看，英国在发展初期到现在300年的漫长过程中在对煤矿、铁矿、铜矿等矿藏进行开采所遗留下的土壤重金属污染问题延续至今经都未能得到很好的解决5。再比如早早就开始工业化的邻国日本，早在上个世纪中页以后土壤重金属污染的问题就特别严重，令人谈之色变的水俣病、疼痛病、第二水俣病等在日本的四大公害究其原因就与重金属的污染有很大的关联。总之，土壤重金属污染问题在世界各国都存在，各国人民都深受其害6。我国土壤重金属污染形势比发达国家严重程度更是有过之而不及之态。由于工业起步晚我国现在正处于工业迅猛发展的黄金

52、时期、人口陡增、社会和城市建设的发展需求大，导致土壤环境污染问题日益突出。特别是近年来，越来越多的固体废物被不断倾倒和堆积到土壤表面，含有各种重金属和有毒、有害元素的工业和生活废水不断向土壤中排放并渗透其中，大气中的有害气体及粉尘也不断被水汽集聚、受雨水冲刷而随降雨落在土壤中，从而导致大量的重金属如铜、汞、铬、镉、镍、铅等和其化合物以及类金属砷等生物毒性显著的重金属及其化合物进入土中集聚、积累，使得我国土壤特别是耕地中土壤受到非常严重的污染。据报道，目前我国受铜、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近 2000 万公顷，约占总耕地面积的 20%，其中工业“三废”污染耕地多达 1000 万公顷，污水灌

53、溉的农田面积已达 330 多万公顷。例如：某省曾对 47 个县和郊区的 259 万公顷耕地（占全省耕地面积的五分之二）进行过调查。调查结果表明，75% 的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁，而且污染趋势依然在加重。我国土壤重金属污染目前呈现如下特点：污染面积增加明显，一些地区土壤污染由局部开始呈连续分布；污染物种类增加，复合污染特点日益突出；污染物含量呈增加趋势，在一些传统农业区，土壤中重金属Cd超过国家二类土壤标准的面积达359，超过国家一类土壤标准的面积达894，且部分污染物来源尚未查清；城市土壤污染严重，我国西南某城市土壤中汞含量超过国家标准100倍，在东北某城市工厂废弃地，土壤Cd

54、、Pb含量也超标数百倍6。1.2 土壤中重金属污染物铅（Pb）现状及修复技术1.2.1 修复污染物铅（Pb）概述重金属对人类有着极大的危害,我们所熟知的汞(Hg)、锌(Zn)、铜(Cu)、铅(Pb)等重金属元素的离子一般都有很强的毒性,一旦重金属元素人体内过量积累，就会对身体造成极大的危害。例如，汞（Hg）, 汞在环境中的分布非常广泛，对人类人体健康有很大的危害，如果每升饮水中含0.01毫克或量更多的话，就会导致人中毒，特别是经由食物进入肝脏，就会累及大脑、神经甚至导致失明。锌是我们日常生活中再熟悉不过的金属元素，也是生命必不可少的元素，但过量的锌则会导致严重的的后果，如呕心、严重的呕吐。再比

55、如说钴，钴也是人体所需的元素之一，但是大量的摄入钴可人的食欲减退，恶心、呕吐，造成耳鸣以及神经性耳鸣甚至对对皮肤造成放射性危害。铜是我们日常生活中很常见的一种元素，家里也常使用铜锅烹饪对某些食物消毒或者做有名的小吃铜锅焖饭，但是我们不知道铜对肾脏的伤害是很大的，而且铜在人体大量堆积的话也可能引起心血管疾病等。重金属对人、动物、植物以及整个生态系统的危害是很有杀伤力，甚至是毁灭性的，有些人类谈之色变的疾病大部分的罪魁祸首是重金属，由于实验条件的限制，我们的课题主要是污染土壤中的重金属铅7。了解一些铅的来源、危害以及去除方法。铅是重金属元素中最软的金属也许不为我们所知，但随着近年来多起引人关注的儿

56、童血铅超标、铅污染土壤以及粮食中含重金属铅严重超标等事件被报道，使得铅的名声可谓臭名昭著。铅是一种很稳定的污染物，其分布广泛、不被降解而且有着很好的蓄积性。随着工业以及其他行业的飞速发展，铅污染逐渐从职业环境向土壤、水、大气、食品以及我们的生活环境扩展，特别是铅蓄电池等造成的土壤污染及其他一序列环境问题更是有一发不可收拾之势。据媒体的报道，近年来根据媒体公开报道的中国铅污染事件进行统计，2009年到2011年三年的时间内总共24起，频频发生的铅污染事件，令人谈铅色变。就其所造成损失上来说，仅仅是受铅污染的粮食就1200万吨之多，可供4000万人吃一年，养活的人数比两个上海市人口还要多。另一方面

57、铅污染还在一定程度上影响了粮食的产量，每年因粮食减产造成的损失更是无法估计。目前我国以及全球范围内的铅污染物的来源及其危害主要可以简要归纳为以下几点8:铅的主要来源:(1)、房屋装修粉饰墙面的涂料、家具表面和地板的油漆中大多都含有铅；（2）、废弃的铅蓄电池中扩散的铅；（3）、冶炼、采矿、蓄电池制造、电缆制造、印刷等工业行业是造成环境铅污染重要来源之一；（4）人类生活中扮演重要角色含铅汽油机动车的使用，源源不断的向环境中排出大量含铅废气使得环境遭受严重的污染； （5）许多质量不合格、含铅量超标的玩具、文具大量涌入社会。带来令人触目尽心的铅污染； （6）常用在报刊报纸、印刷品的油墨也是含铅的污染源

58、之一；（7）居民日常生活燃煤取暖也会对室内环境造成污染；此外，我们吃的某些食物中也含有铅，比如松花蛋、爆米花等，我们常说病从口入，更要警惕铅从口入。铅不但有毒而且是人体唯一不需要的元素，对人类以及整个生态系统造成的伤害是不容忽视的。铅的污染会严重影响作物的产量和质量，但对人类的危害特别是对儿童的危害更是让我们烦恼不止，以下就常见的铅污染对人类的危害进行简要的分析9:（1）、铅稳定且不可降解，可以在环境中长期累积，对人造成慢性铅中毒，当人体血铅超标时才会表现出症状，在后期可能会出现急性腹痛或瘫痪，使人猝不及防；（2）、铅会对人体的血液循环系统造成影响，铅能引起血红蛋白的合成障碍从而影响血细胞的形

59、成，导致贫血、人的智力下降等症状；（3）、对神经系统影响：铅不但可以阻碍钙对神经系统的生理作用, 干扰其对神经递质(乙酰胆碱) 的释放，而且可以通过多种途径引起神经元死亡；（4）、对消化系统造成损害：铅常引起腹绞痛, 造成小动脉痉挛而引起铅容（面色苍白）、暂时性血压升高、眼底动脉痉挛与、以及肾小球率过滤减低;（5）、人类通过食品中摄入的铅使人类深受其害：通常动物体组织中的骨骼、肝和肾中含有大量的铅，而植物则是通过系吸收土壤中的铅并将其累积在根部。人体从动、植物摄入的铅在体内更容易蓄积，当血铅中含量大于80ug/100mL时，其毒性反应将呈现出来，损害机体健康。主要损伤人造血器官、肾脏和神经系统

60、，常使人食欲不振、胃肠炎、失眠、便秘、贫血等，严重者可发生休克或者死亡。（6）铅对儿童的危害10：处于铅污染环境中的儿童智力低下的发病率愈发的高，有研究表明，当儿童血铅浓度每上升100微克每升时，其智商（IQ）要下降7分左右。血铅过高不仅引起儿童智力障碍，还引发小儿多动症、注意力不集中、攻击性行为等，就连成年后的犯罪行为都与其有很大的关联。血铅浓度过高不但导致儿童贫血，还损害了儿童的体格，铅污染严重的环境中成长的儿童身材往往比较矮小；（7）、近期研究发现，长期铅暴露不但会使人工受孕率降低，而且铅对儿童造成的伤害是直接的甚至某些伤害是无法逆转的。平心而论，铅产业已成为现代社会发展不可或缺的重要环

61、节之一，不管是工业生产还是居民生活，都与铅产业息息相关，但是铅及与铅相关的产业的发展是不是一定要让部分人付出健康甚至生命的代价，这个沉重的问题需要整个人类社会好好的思考一番。1.2.2 受重金属污染的土壤的修复措施目前，世界各国有着越来越多的人关注土壤重金属污染，意识到土体污染的严重性并开展了大量的研究工作，开辟出了各种防治污染的途径。综合国内外各种研究，究其原理与方法的不同将土壤重金属污染的治理、修复措施总结为以下几项11：（1）、农业生态修复即利用工程措施对污染土壤进行修复的技术：换土、客土和深耕翻土等。深耕翻土即将下层未受污染的土翻起与污染土壤混合以降低气污染程度，主要在受污染程度较轻的

62、地区采用此措施；客土则是将未受污染区域的新土输送到受污染区域并加入到受污染的土壤中，换土就是将污染的土壤完全去除换上新的未受污染的土，两种方法则比较适用于土体污染程度较重的地区。工程措施对土壤重金属污染治理是一种比较典型措施，它的优点是治理效果很彻底并且稳定，但实施起来工程量较大、投资费用很高，对土体结构会造成破坏，而且会导致土壤肥力下降，不但如此我们还得对换出的污土进行再处理。（2）生物修复技术：生物修复是利用生物技术对污染土壤进行治理的措施，生物修复技术是目前土壤重金属污染研究领域中的一种新方法，主要包括植物修复技术和微生物修复技术两种方法。植物修复技术是建立在植物忍耐和超积累某种或某些污

63、染物的理论基础之上，利用这些植物对重金属有吸收、转化、降解与合成的特性来去除土壤中的重金属。根据不同植物的不同去除原理可以分为植物提取、植物稳定及植物挥发等方式。微生物修复技术是指利用微生物的某些特定的习性来对重金属污染进行适应、抑制及改良。其主要作用机理是：微生物不但可以吸附和集聚重金属污染物，降低重金属的毒性，而且微生物可以改变植物根际微环境，从而使得植物对重金属的积累，挥发或固定效率大大提高。生物修复技术在重金属污染治理中具有很大的优势，并以其治理过程的现场固定且可操作性强、实施起来简便易行、投资成本低廉、便于管理，对环境破坏小且兼有美化环境而日益受到人们的关注，并很快成为土体污染改善研

64、究的热点之一。但是由于其治理效果不明显、治理的周期比较长，加之对治理工程中所用的植物等研究不够深入以及特定的植物生存区域局限导致其推广的过程遥遥无期。（3）物理及物理化学修复：在土壤重金属污染的治理中常常采用合理的物理及物理化学方法来降低污染的程度。物理化学修复技术，主要采用电动修复、电热修复和土壤淋洗等技术措施。电动修复是通过想受污染的土壤中通入电流使金属离子等向电极运输，再对集聚的重金属等进行收集集中处理，从而达到治污的目的；电热修复是利用高频电压在污染土壤中产生强大的电磁波进而产生热能对土壤进行加热，让污染物从土壤中解吸，使重金属从土壤中挥发分离，进而到达处理的效果；土壤淋洗即采用淋洗液

65、对污染土壤进行淋洗，使土壤中固相重金属转化淋洗液中液相重金属，再将液相重金属进行回收处理来达到治理污染土壤的目的。物理及物理化学的修复方法实施起来简单、修复时间短、去除效果好见效快，并且能够在污染程度严重的区域使用。但是电热修复技术等成本高、技术要求高，实施起来困难；土壤淋洗虽然见效快、单次的处理量大可是带走重金属的同时也会造成土中其他元素的流失，易致使土壤的环境机构受到破坏、肥力下降，而且很容易引起二次污染。（4）、化学修复12：化学修复主要通过向重金属污染土壤中投入化学试剂（如土壤改良剂）产生化学反应的原理来使土壤中的重金属迁移性及生物可利用率降低来达到减少甚至去除土壤中的重金属的目的，从

66、而使污染土壤得到治理和修复。究其所采用的原理和方法各异，主要可分为固化处理、电化学修复、投加改良剂等处理方法。固化技术是指将固化剂按照一定的比例投加到受污染的土壤中，熟化形成渗透性很差的固体化合物将污染土壤中的重金属包裹起来，使其基本失去迁移活性，能将有害重金属稳定在一个状态。电化学修复是指受污染土壤在一定电压和电流的作用下，土壤中存在的不同污染物根据自身所带的电荷性质不同在电渗、电迁移和电泳的作用下向相反的电极移动，如带正电氢离子和金属离子就向着负极迁移，同时达到聚集和溶解金属离子的目的。以上所述两种化学修复处理方法存在很大的局限性：固化处理不但需要大量的固化剂，而且会使土壤结构遭到破坏，只

67、适用于面积小的改良治理项目；电化学修复由于金属电极极易被腐蚀，所以一般只能采用石墨做点极，并受到土壤性质的影响很大，施行区域性强。施加改良剂即向土壤中投入改良剂来对土壤环境进行调节，通过对重金属的吸附、氧化还原、沉淀等作来用改变重金属的形态、降低其迁移性及生物有效性，使得土壤重金属污染物钝化，从而减轻重金属对生态环境的危害。该方法是在土壤原位上进行的，可操作性强、简单易行。可做改良剂的材料品种丰富、成本不高、取材和实施起来都比较方便，并且可以和其他修复方法及化肥的材料结合使用，治理的效果明显、成效快，虽然该领域有许多问题尚待解决，但是向土壤中施加土壤改良剂对污染土壤进行修复仍是一种很不错的选择

68、。常被用来作为改良剂的材料主要有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等。1.2.3 修复技术的选择由于重金属铅在土壤中的各种特性使我们知道其在环境中存在是不可以彻底消解和去除的，所以要对其所造成的污染进行治理最根本的还是要从源头做起。我们必须走绿色发展的道路，各个产业都应该不断努力做到生产的创新、环保，尽量不怕放或者逐渐减少排放含重金属的各种废弃物，国家也应该相应的提高工业生产的各个生产线的产品质量和工业排放的标准。只有这样我们才能实现真正意义上的绿色发展道路，再辅之各种重金属的修复治理技术，我们才能更好的保护我们所处的环境，才能真正避免重金污染所带来的生态灾难。就目前的

69、状况来看，我们所谓生态辅助修复措施对土壤的重金属铅等的污染的治理是刻不容缓的，而且我们必须努力探索更快速、更有效的治理技术来应对目前严峻土壤中重金属铅的污染。随着对土壤重金属污染的重视，国内外对各个领域的土壤重金属污染修复技术进行了大量的研究。我们在前面对土壤重金属污染的常见的修复方法有了很全面的了解，有工程量大、费用较高的工程修复措施，有简单易行、投资费用较低、可操作性较强但受区域限制较强并且尚未成熟的生物修复治理技术，有一系列治理效果好、去除率高但处理面积小的物理化学的治理修复技术，但目前可使用方法最多、研究得较多的是化学的修复治理技术，可以采用投加改良剂、固化处理、电化学修复等措施。而且

70、土壤重金属污染治理所施加的改良剂的种类和数量惊人，目前发展最盛的当属沸石对重金属污染治理的各种研究，而且沸石材料的来源丰富，所以我们就沸石不同状态下对重金属的处理效果进行研究，希望能够在对土壤重金属污染研究治理的道路上贡献微薄的力量。1.3 沸石的综述1.3.1 沸石的简介沸石是沸石族矿物的总称。沸石款物由瑞典科学家于1756年发现,是一种非常常见的铝酸盐岩,它在岩石圈分布的广度和数量都很大。沸石矿物是一种架状构造的含水铝硅酸盐矿物，沸石矿物富含水并包含K、Na、Ca、Ba、Sr、Ba、Mg等金属离子。据研究所知，天然沸石被发现存在于不同的地质时代的地质环境和不同成矿阶段的各类岩石组合中。所有

71、沸石骨架结构中的基本单元都是由硅氧和铝氧四面体组成，四面体以顶点相连，即共用一个氧原子13。见图1硅氧四面体的结构如下： 图1 硅氧四面体沸石由于其组成单元的硅氧四面体的独特结构及结晶化学性质，使得其可以为工农业等多种行业提供利用。如沸石骨架结构的基本单元（硅氧四面体）中的硅，可以被铝原子置换而形成铝氧四面体。由于铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，就会因为有一个氧原子的电价得不到中和导致电荷不平衡，从而整个铝氧四面体带负电，为了保持中性，就必须吸引带正电的离子来保持电荷平衡，一般会吸引碱金属或碱土金属离子来补偿，如Cu、Ca及Zn、Ba、Pb等金属离子。因而使得重污染土壤中的重金属离子的存在

72、形态得到转移，并将其稳定在沸石矿物中，从而达到治理土壤重金属污染的目的。一般情况下，我们所说的沸石是指天然沸石。天然沸石存在晶体格架的叠加缺陷使得内部孔道产生障碍等一些结构上的缺陷，所以天然沸石孔径一般比人工合成沸石的孔径较小，在各种农业、工业的利用中就很难发挥其结构特征的作用。因而人们常常对天然沸石进行改造使其应用功能得以发挥出来。我们把这种对天然沸石在使用前的预处理工作称之为天然沸石的活化和改型，处理后的沸石我们常称之为改性沸石。1.3.2 天然沸石及改性沸石的浅析天然沸石是由原始铝硅酸盐物质在晚期岩浆、热液蚀变、接触交代、沉积成岩、变质及风化表生作用各阶段，在水的参与下形成的矿物。其中最

73、重要的成矿过程是中酸性火山玻璃物质在碱性水介质的作用下经过水化、水解、反应和结晶成岩生成沸石。沸石矿床的类型很多，分类方法也不一致，按地质成因可分为内生和外生沸石矿床两大类，内生成因的矿床一般不能形成大规模单矿物堆积，暂无工业意义，而外生成因的矿床，往往形成有重要价值的工业矿体。现将国外有代表性的三种分类方案列出表1 天然沸石成因类型分类方案对比表Sheppara Mumpton(1973)*米哈伊诺夫(1977)*A.Iijima(1980)*1、在“封闭”的盐碱湖水文体系中生成的沸石2、在“开放”的淡水湖或地下水体系中生成的沸石；3、海洋环境中生成的沸石；4、低级埋藏变质作用生成的沸石；5

74、、热液或温泉活动生成的沸石；6、在碱性土壤中由火山物质生成的沸石；7、在没有火山活动的直接证据的条件下生成的沸石。1、在火成的、深层的岩浆岩层和含金属矿岩层中，由热液和热液交代作用生成的沸石；2、在世界海洋中，由古代和现代深海沉积岩中的玻屑的海解作用生成的沸石；3、在现代和古代盐碱湖中，由沉积作用和早成岩作用生成的沸石；4、在正常沉积岩中，由成岩作用生成的自生沸石；5、后成的破坏作用和初变质作用（深成岩作用）形成的后生作用的沸石；6、火山-沉积作用成因的岩石的后成岩作用生成的沸石；7、沉积-火山岩层的喷气-沉积作用生成的沸石；8、区域性或线性风化壳的表生作用生成的沸石；9、苏打盐碱化的碱性土壤

75、的壤化作用生成的沸石。（一）在升温条件下生成的沸石。沸石分带主要由地热梯度引起的。（1）岩浆的原生沸石；（2）接触变质作用生成的沸石；（3）热液作用生成的沸石；（4）埋藏成岩作用（或低级变质作用）生成的沸石；（二）在地表或近于地表条件下生成的沸石；沸石分带主要是由化学梯度产生的。（1）由渗透地下水生成的沸石；（2）风化作用生成的沸石；（3）碱、盐湖沉积物生成的沸石；（三）在低温条件下生成的沸石；看不到任何沸石分带现象。（四）冲击陨石坑中生成的沸石。注：天然沸石成因类型复杂，很多学者提出了对天然沸石的成因分类方案如：R.L.Hay(1966)、A.Iijima和M.Utada(1972)、R.A

76、.Seppard(1973)、F.A.Mumpton(1973)、米哈伊诺夫(1977)G.Gottardi和J.Obradovic(1978)、A.Iijima(1980)等。其中具有代表性的是R.A.Seppard(1973),米哈伊诺夫(1977)和A.Iijima(1980)的分类方案（附表二）。据国外地质一九八二年五十期资料。目前，全世界已经发现的沸石族矿物多达40种。其中斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、方沸石、浊沸石等都是比较常见的。无论是天然沸石矿物还是人工合成的晶体，沸石都是呈架状结构的多孔含水铝硅酸盐的晶体，因此所有沸石的结构都可用同一个化学式来表示：(Na，K)x(Mg

77、，Ca，Sr，Ba)yAlx +2ySin-(x +2y).mH2O其中，X表示碱金属离子个数；Y表示碱士金属离子个数；n表示铝硅离子个数之和；m表示水分子的个数。天然沸石具所有的独特内部结构和晶体化学性质，使其具有吸水、吸附、选择性吸附、离子交换、催化反应、耐酸和耐辐射等性能。被广泛应用于工业、农业、国防等部门，并且它的用途还在不断地开拓。改性沸石是人们早对天然沸石矿物进行改造，克服其某些结构上的缺陷，使得它的相应结构功能得以发挥出来。对沸石的改性处理即改型，其目的都是为了调整沸石结构以及改善其酸性功能和吸附性能。常见的沸石改造方法：离子交换改性、加热焙烧改性、矿物表面改性、载体改性。改性沸

78、石14的性质：天然沸石经过多种特殊工艺处理之后，其吸附性能比天然沸石更强，离子交换性能也更好，不仅能去除有害的重金属，如：铬、镉、镍、锌、汞、铁离子等，甚至对有机物：酚、六六六、三氮、氨氮、磷酸根离子等物质也具有吸附交换作用。综上所述，不管是改性沸石还是天然沸石，其主要作用可归纳为以下几点，见表2：表 2 沸石的主要用途应用领域主要用途离子交换除氟改良土壤，废水处理，除去或回收重金属离子，放射性废物的处理，海水提钾，海水淡化，硬水的软化吸附分离干燥剂，吸附分离剂，分子筛（对气体、液体进行分离、净化和提纯），除臭剂催化裂化石油的催化、裂化剂农牧业土壤改良剂（保持肥效）家畜（禽）饲料添加剂建材作水

79、泥掺合料，烧制人造轻骨料，制轻质高强板材及轻质砖和轻质陶瓷制品、无机发泡剂，配制多孔混凝土，作固结材料、建筑石料造纸和塑料纸张充填剂，塑料、树脂、涂料的充填剂近年来，沸石的开发利用逐渐受到人们重视，其在各个领域的开发和利用的发展势头更是日新月异，特别是在环境保护方面的发展和环境材料的研究。我国自上个世纪70年代初期以来，就在天然沸石的开发和利用等方面获得了丰富的成果，取得了良好的社会效益和经济效益。沸石作为一种特别的非金属矿物，已衍生与其息息相关的多个产业链，已经开发出建材、抗菌剂、水处理剂、土壤改良剂、止血剂、饲料添加剂等多种沸石产品。沸石来源广泛、价格便宜、开发种类繁多、储量丰富且无毒害作用，其独特的内部结构和晶体化学性质使得它具备优良的离子交换能力和吸附能力，因而沸石矿物重金属污染治理和环境修复领域有着独特的作用，作为环境友好型的土壤改良剂逐步引起了人们的关注。目前对有一定净化功能的天然沸石矿物材料进行合理改性，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。随着人们对矿简单、操作简便、二次污染小等优点。随着人们对