3 改良剂原位修复土壤重金属污染的作用机制

3.1 吸附作用

施用石灰等碱性物质后，一方面土壤pH提高，土壤表面负电荷增加，从而土壤对重金属的亲和性增加；另一方面pH值升高，也有利于MOH+的存在，从而提高Cd等重金属离子的吸附量。

3.2 沉淀作用

施用石灰等碱性物质后，土壤pH提高，促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等重金属形成氢氧化物或碳酸盐结合态沉淀或共沉淀。如pH值大于6.5时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。土壤中的磷酸根离子可以和30多种金属离子形成金属磷酸盐沉淀，而且反应生成的金属磷酸盐在很大的pH范围内的溶解度极小，如PbA13(PO4)2(OH)5·H2O的LogKsp为-99.3E 3。此外，随着时间的延长，磷酸盐还可与铅形成类似磷氯铅矿[Pb5(PO4)3C1]的沉淀，而磷氯铅矿的溶解度比其类似物碳酸铅和硫酸铅低几个数量级。

3.3 吸附和离子交换

沸石是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体，含有大量的三维晶体结构，具有独特的分子结构和很强的离子交换能力，从而通过离子交换吸附降低土壤中重金属的有效性。膨润土等工业矿物具有较大的内、外表面和较强的吸附能力，可与土壤中的重金属离子发生交换作用，固定土壤中的重金属，防止其迁移。矿物凹凸棒石是一种具有层链状晶体结构的含水富镁硅酸盐晶体。这种晶体的颗粒十分细小(0．O1～1mn)，并具有针棒状不对称外形，表现出良好的胶体性能，吸附重金属。

3.4 表面络合及表面沉淀机制

向土壤中添加富含Fe、Mn、A1氧化物(氢氧化物)的物料，Fe、Mn、A1氧化物能专性吸附重金属，使其生物有效性降低。土壤矿物和铁铝氧化物可吸附重金属离子，通过表面络合及表面沉淀机制形成氢氧化物沉淀。吸附密度低时形成单核、单配位基和双配位基内圈络合物，吸附密度高时形成多核束和表面沉淀。含Al的土壤或矿物表面的沉淀是金属——Al的氢氧化物，不含Al的土壤或矿物表面的沉淀是金属氢氧化物。

3.5 腐殖酸具备的络合(螯合)能力和胶体特性

腐殖酸可与多种金属离子形成具有一定稳定程度的腐殖酸——金属离子络合(螯合)物。腐殖酸对Cd、Cu的吸附容量以FA大于HA，吸附强度以HA大于FA，而解吸量以FA—Cd(Cu)大于HA—Cd(Cu)。HA—Cd(Zn)络合物的稳定常数与配位数均大于FA—Cd(Zn)络合物的稳定常数与配位数，表明施用大分子的腐殖酸较小分子的腐殖酸更能有效地降低重金属的生物有效性。此外，二价金属离子可对腐殖酸产生凝结作用，添加二价盐后可导致腐殖酸的官能团解离，使得腐殖酸分子由亲水胶体变为疏水胶体，最后导致可溶性盐分的降低。当然，有机物料在分解过程中消耗大量氧气，使土壤处于还原状态，可能形成CdS、PbS等沉淀，从而降低重金属离子的活性。