铅污染土壤的修复是世界性难题。传统的固定化/稳定化药剂(如磷基材料)可能面临长期稳定性不足的问题。酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术是近年来兴起的一种基于生物矿化的原位修复技术。脲酶能高效催化尿素水解,产生CO₃²⁻和NH₄⁺。在富含Ca²⁺的土壤溶液中,CO₃²⁻会与Ca²⁺反应,在土壤颗粒孔隙中生成碳酸钙(CaCO₃)晶体沉淀。生成的CaCO₃不仅可以通过物理包裹、物理吸附和表面络合作用固定游离的Pb²⁺,更为重要的是,Pb²⁺离子(离子半径1.19Å)与Ca²⁺离子(离子半径1.00Å)半径相近,可以在CaCO₃晶体(特别是方解石)的生长过程中,通过同晶取代进入晶格,取代Ca²⁺的位置,从而被极其稳定地“锁”在矿物晶格内部,实现永久性固定。
本研究从刀豆中提取了高活性的脲酶,与尿素和氯化钙的混合溶液一同注入受铅污染土壤的模拟柱和实际场地中。XRD和SEM-EDS分析证实,在土壤孔隙中成功原位生成了大量菱面体形的方解石晶体,且这些晶体的能谱分析中检测到了明显的铅信号。Tessier连续提取法分析表明,处理后土壤中可交换态和碳酸盐结合态(不稳定态)的铅比例显著下降,而残渣态(最稳定态)的铅比例从处理前的15%大幅提升至60%以上。毒性特征浸出程序(TCLP)浸出的铅浓度从处理前的8.5mg/L降至0.2mg/L以下,远低于美国环保署规定的5mg/L的鉴别标准。
修复后的土壤,其无侧限抗压强度得到增强,渗透性降低。该方法相比于传统的化学固定化,具有环境友好(脲酶是生物酶、产物CaCO₃是天然矿物)、长效稳定(晶格封存)和能改善土壤工程性质的多重优势。该研究证实了EICP技术是一种绿色、高效、长效的铅污染土壤原位稳定化修复新技术。
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