钙影响磷稳定土壤铅的机理研究

Numerous studies have proved that phosphate amendment can significantly reduce the toxicity and mobility of Pb in Pb-contaminated soils. Phosphates can form lead phosphates in Pb-contaminated soils by direct precipitation with Pb or sorption-substition reactions. Recent work indicated that calcium can enhance the immobilization of Pb with soluble phosphate in soil. However, the mechanism of such an enhancement is not clear yet. In this project, the mechnanism of Ca enhancing the immobilization of Pb in soil with phosphate amendment will be investigated by, i) solution experiment, in which calcium will be added at different amounts into a solution with phosphate and Pb, the effect o f calcium on the reaciton and the products will be analyzed, ii) suspension experiment, in which soil organic mattter and clay will be added into solutions to make suspensions, then phosphate, lead and calcium will be added into the mixture, the effect of calcium on the reaction and the species of the products will be analyzed, and by iii) soil incubation experiment, in which Pb-contaminted soil will be amended with phosphate and different amounts of calcium, and sampled at different times after amendment, the extractability of Pb, P and Ca will be analyzed, soil Pb species will also be analyzed with synchrotron methods. The results of above work, especially those of the Pb species during the incubation and those of solution and suspension experiment will elucidate the mechanism of the effect of calcium on the immobilization of Pb with phosphate in Pb-contaminated soils. The results will help the understanding of the geochemistry of Pb and better remediations of Pb-polluted soils.

大量研究表明，在铅污染土壤中添加磷酸盐是降低铅毒性和移动性的有效方法。磷酸盐可通过与铅直接沉淀或吸附-替代的方式形成磷-铅化合物。新近的研究表明，钙可促进磷酸盐对土壤铅的稳定。然而，钙影响磷酸盐稳定铅的机理尚不清楚。本项目通过溶液试验、悬液试验和土壤试验，探讨钙对磷稳定铅的影响及其机理。溶液试验通过反应探讨不同钙用量对铅和水溶态或难溶态磷反应及反应产物的影响；在悬液试验中，将土壤有机质或粘土矿物制成悬液，探讨悬液条件下钙用量对磷酸盐和铅反应及反应产物的影响。在土壤试验中，在铅污染土壤中加入磷和不同量的钙，探讨钙用量对磷、铅形态的影响。通过以上研究，尤其是通过利用同步辐射及XRD技术对反应中间产物的鉴别及结合钙在溶液和悬液体系中对磷稳定铅的影响及其机理、反应产物随时间的变化，最终阐明钙在土壤中影响磷酸盐稳定铅的机理。研究结果对于理解铅的土壤化学和更好利用磷酸盐稳定土壤铅有重要意义。

本项目探讨了钙对磷酸盐稳定铅的影响。溶液试验，悬液试验中，磷酸盐、氯和铅的比例按氯磷酸铅[Pb10(PO4)6Cl2]分子中三个元素的比例（即Pb:P:Cl=10:6:2）加入，钙以硝酸钙的形态加入。溶液和悬液试验中，Ca/Pb（mol:mol）一般为0、1、5、10、15和20，并采用不同的土壤或粘土矿物用量（一般设置5个以上用量）。结果表明，（1）溶液条件下，钙对磷酸铅稳定铅有抑制作用，该抑制作用随着钙用量的增加而加强，机理是盐效应和钙和铅对磷酸根的竞争作用。磷酸盐的类型对产物的形态存在明显影响。（2）在粘土矿物悬液条件下，钙对磷酸盐稳定铅仍然表现为抑制作用，但这种抑制作用在不同粘土矿物之间有所差异，比表面积较高的蒙脱石悬液中剩余的铅浓度相对较小。不同钙用量下，产物只有一种，即氯磷酸铅。土壤悬液条件下，钙用量对磷酸盐稳定铅的影响与钙用量有关，在部分用量下，钙表现出对磷酸盐稳定铅的抑制作用，但当Ca/Pb=2.5, 5和10时，钙对磷酸盐稳定铅有促进作用。（4）通过在铅污染土壤中施用磷酸盐时加入10 mmol/kg的钙探讨钙用量对磷酸盐稳定铅的影响，结果表明，钙的加入可降低土壤DTPA-Pb含量约10%，同时同步辐射分析表明，钙的加入能够促进氯磷酸铅的形成，但幅度较小，但植物试验表明，钙的加入促进了地上部铅含量的增加。. 通过以上结果得出如下结论：（1）溶液体系和悬液体系中，钙对磷酸盐稳定铅的影响不同，土壤组分对钙的影响有很大影响。（2）溶液体系和悬液体系中，钙抑制磷酸盐稳定铅的机理主要有盐效应和钙与铅对磷酸根的竞争作用。（3）在部分土壤悬液体系和土壤体系中钙促进磷酸盐稳定铅的可能机理是，钙的交换作用使更多的铅离子进入溶液，从而促进了磷酸盐与铅的反应。另外，磷酸盐与钙形成的磷酸钙类沉淀可能对铅的稳定也有贡献。. 以上结果表明，磷酸盐对土壤铅的稳定是一个复杂的过程，受到土壤中其它因素的影响。可以利用在铅污染土壤中加入磷酸盐的同时加入钙的方式，促进磷酸盐对铅的稳定，达到更好地处置铅污染土壤的目的。