螯合剂在处理重金属污染中的应用研究进展

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2007年12月JournalofJingdezhenComprehensiveCollegeDec.2007

螯合剂在处理重金属污染中的应用研究进展

常青山

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󰀂杨卫军󰀂叶水英󰀂王志勇󰀂马祥庆

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(1、景德镇高等专科学校生化系,江西景德镇󰀂333000;2、安阳工学院生物与食品工程学院,河南安阳󰀂455000)摘󰀂要:根据整合剂的作用原理,文章着重阐述了螯合剂对污染土壤中重金属的活化与钝化作用,并对使用整合剂的环

境风险、其未来发展作了探讨与展望。

关键词:螯合剂;重金属;活化

中图分类号:X753.1󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂文献标识码:B󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂文章编号:1008-8458(2007)04-0013-02

󰀂󰀂螯合剂指能够与多价金属化合物形成金属螯合物的一种化合物。在处理重金属污染中,由于其见效快,周期短而受到国内外的重视。根据螯合剂作用机理与效果可分为:将重金属活化使其更易溶于水的螯合剂和将重金属稳定或固化从而降低其有效性使其钝化的螯合剂。

kg-1,Co由40mg kg-1增加到175mg kg-1,Ni由8mg kg-1增加到1276mg kg-1[8]。蒋先军等研究也表明,加入EDTA,水提取的Cd浓度增加了400倍以上,当土壤中的Cd浓度在130mg kg-1以上时,加入EDTA显著增加了地上部Cd的浓度[9]。这种将螯合剂用于植物修复的技术被称为螯合诱导修复技术(Chelate-inducedphytoextraction),目前已成为植物修复发展的一个新方向,并取得了很大进展[10]。鉴于大多数超富集植物生长缓慢,生物量小,因此,螯合剂也用于植物修复的前期限制重金属的毒性,从而使得超富集植物可以用于重金属污染较重的地区。

1󰀂螯合剂对土壤中重金属的活化研究

利用螯合剂来活化土壤中重金属的研究,作为强化植物修复效果的辅助措施。通过施用土壤螯合剂从而增加土壤溶液中重金属的浓度,强化重金属从根系向地上部运输,进而大幅度提高植物对重金属的吸收和富集能力,达到提高植物修复效果的目的[1]。吴龙华等发现,在印度芥菜收获前10天,向Cu污染的根际土壤中加入EDTA(3.15mmol kg-1)后,水溶态铜由对照土壤的0.18mg kg增加到达22.5mg kg,增加幅度达l25倍;土壤交换态Cu也增加10.9倍[2]。Huang等研究了EDTA、DTPA、EGTA、EDDHA,发现施用EDTA和HEDTA对增加土壤溶液和豌豆及玉米中Pb浓度的效果最好,植物吸收Pb的量与土壤中Pb的总浓度密切相关[3]。Luo等研究表明,在遏蓝菜属植物(Thlaspicaerulescens)收获前两周加入EDTA可大幅度地增加土壤溶液中Zn、Cu、Cd金属的浓度,使植物体内Zn浓度提高一倍,而不影响其生物量[4]。在一个7天的盆栽试验中,Anderson等发现硫氰化铵螯合剂可提高其溶解性而诱导印度芥菜的超富集作用[5]。Salt等人研究发现,将印度芥菜(B.juncea)种植在添加过EDTA的土壤上,和对照相比可以使茎中的Cd含量提高5倍[6].将乙酸和EDTA同时施人pH8.3含Pbl200mg kg-1的Pb污染土壤后,印度芥菜植物地上部分Pb的浓度从对照的28mg kg-1增加到1471mg kg-1[7]。Deram等研究也表明,向土壤中加入EDTA能显著提高Arrchenatherumelatius对Cu、Co和Ni的积累,其中Cu的浓度由对照的200mg kg-1增加到7500mg

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2󰀂螯合剂对土壤中重金属的钝化研究

利用螯合剂稳定或固化原理钝化重金属的研究则较少,且主要集中于城市污泥与垃圾飞灰。日本应用合成的高分子螯合剂,处理垃圾燃烧产生的飞灰,该螯合剂与粉尘中金属合成稳定的不溶螯合物[11~12]。如陈玉成等对柠檬酸(CTA)、EDTA及表面活性剂复合处理污泥中的Cd、Cr研究表明:CTA与SDS、EDTA与SDS复合,无论是顺序处理还是共同处理,对去除污泥中Cr都表现为拮抗效应或独立效应,而对Cd的去除则表现出复杂的复合效应。综合考虑Cd、Cr去除与氮素损失后,最优试验条件为0.3mol L-1CTA与0.01mol L-1SDS,按1!10固液比,依次振荡2h可去除59.2%的Cd和50.91%的Cr,污泥处理前有效态Cd、Cr含量较高,经淋滤和振荡处理后,其活性有所降低,潜在重金属供应能力以及对植物的危害潜力减弱[13]。蒋健国等对重金属螯合剂二硫代氨基甲酸或其盐研究表明:该重金属螯合剂在处理重金属废物时具有捕集重金属离子的效率高,捕集重金属离子的种类多,处理重金属废物的类型广泛,并且稳定化产物不受废物pH变化影响等优点。用其处理垃圾飞灰中Pb、Cr、Cd、Zn四种重金属元

收稿日期:2007-06-20

作者简介:常青山(1979-),男,河南安阳人,硕士生,助教,从事污染生态研究。

14 󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂景德镇高专学报󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂󰀂2007年12月

B.D.andChetI.Phytoremediation:Anovelstrategyforremovaloftoxicmetalsfromtheenvironmentusingplants[J].Bio/Technology,1995,13:468~478.

[7]BlaylockMJ,SaltDE,DushenkovS,DushenkovS,ZakharovaO,GussmanC,KapulnikY,EnsleyBD,RaskinI.EnhancedaccumulationofPbinIndianmustardbysoil-appliedchelatingagents[J].EnvironSciTechno,l1997,31(3):860~865.

[8]DeramA,PetitD,RobinsoNB,Brooks,R.R.,Gregg,P.andVan󰀁Halluwyn,Ch,Naturalandinducedheavy-metalaccumulationbyarrhe󰀁natherumelatius:implicationsforphytoremediation[J].CommunSoilSciPlantAna,l2000,31(3&4):413~421.

[9]JiangXJ(蒋先军),LuoYM(骆永明),ZhaoQG(赵其国),GeYY(葛元英).TheroleofEDTAinCdabsorptionandtranslocationbyIndianmustard[J].ActaPedologicaSinica(土壤学报),2003,40(2):205~209.

[10]LiYH(李玉红),ZongLG(宗良纲),HuangY(黄耀).Applicationofchelatorstophytoremediationofheavymetalpollutedsoils[J],SoilEnvi󰀁ronmentalScience(土壤与环境),2002,11(3):303~306.

[11]Sonoda,Kenich.iTreatmentofincineratorashesandmoltenflyashesforremovingheavymetalsbycaptureaschelatesorsulfides[J].Jph.KaKaiTokkyoKohoJP09,187,752(C,lB09B3/00),22Jul1997,Appl96/3,468,12Jap1996;7PP(Japan).

[12]Komioka;Seiich.iTreatmentagentconlg;cement-basedagentandmethodformakingpollutedsoilinso.lbytheagentforheavymetalelutionprevention[C].Jph.KaKaiTokkyoKohoJP2001321,756(ClB09B3/00),20Nov201,Appl2000/146,188,18May2000;14PP(Japan).

[13]陈玉成,郭颖,魏沙平.螯合剂与表面活性剂复合去除城市污泥中Cd、Cr[J].中国环境科学,2003,24(1):100-104.

[14]蒋健国、王伟等.高分子螯合剂捕集重金属Pb2+的机理研究[J].环境科学,1997,18(2):3l-33.

[15]蒋建国,王伟,李国鼎等重金属整合剂处理焚烧飞灰的稳定化技术研究[J].环境科学1999,20(3):13-17.

[16]KhanAG,KuekC,ChaudhryTM,KhooCS,HayesWJ,WongMH.Roleofplants,mycorrhizaeandphytochelatorsinheavymetalcontaminatedlandremediation[J].Chemosphere,2000,41(1-2):197~207.

素,研究发现,该螯合剂的捕集效率可达97%,显著优于无机稳定化药剂与石灰[14~15]。

3󰀂螯合剂对处理重金属污染存在的风险与展望

螯合诱导与钝化的缺点是:其潜在的环境风险必须予以考虑,螯合诱导∀∀∀强化植物修复技术存在土壤元素淋失与水质污染,螯合物残留与挥发和植物金属胁迫与外来植物品种蔓延等方面的潜在环境风险[16]。螯合钝化则可能由于环境条件的改变,而使重金属重新释放出来,并且存在处理不彻底、易造成二次污染等缺点。

由于目前所发现的超富集植物大多生长矮小,生物量低,而螯合剂对重金属的活化作用使得高生物量、低富集能力的作物用于植物修复成为可能,从而解决了大多数超富集植物因生长缓慢、生物量低,难以进行机械化操作而限制了在实际生产中应用的缺陷。另外,研究螯合剂的钝化机制,提高螯合剂对重金属的结合效率与稳定性是未来研究的一个方向。

参考文献:

[1]PengZR(彭自然),WangYF(王毓芳),XuBX(徐伯兴).Chelate-inducedPhytoremediationofcontaminatedSoilsbyheavymetal[J].ShangHaiChemicalindustry(上海化工)2001,(17):4~7.

[2]WuLH(吴龙华),LuoYM(骆永明),LuRH(卢蓉晖),HuangHZ(黄焕忠).Theamendmentresearchofcoppercontaminedsoilbyorganicmethed#.theorganicactivationeffectofthecopperinthesoilbesidestheroots[J].ActaPedologicaSinica,2000,3(2):67~70.

[3]HuangJW,ChenJJ,BertiWR,andCunninghamSD,Phytoremediationoflead-contaminatedsoi:lroleofsyntheticchelatesinleadphytoextraction[J].EnvironSciTechno,l1997,31:800~805.

[4]LuoYM.ProceedingsofExtendedAbstractsof5thInternationalCon󰀁ferenceontheBiogeochemistryofTraceElements[C],1999,2:882~884.

[5]AndersonCWN,BrooksR.R,StewartR.B,SimcockR.Harvestingacropofgoldinplants[J].Nature,1998,395:553~554.

[6]SaltDE,Blaylock,M,Kumar,N.P.B.A,Dushenkov,V,Ensley,