自持阴燃技术修复铅砷复合污染土壤的效能与机制研究

为解决铅(Pb)和砷(As)复合污染土壤修复难题，研究人员创新性地采用自持阴燃(self-sustaining smoldering)技术开展研究。结果表明，该技术通过将Pb可还原态转化为残渣态（F4增加56.988%–277.949%）实现固定化，同时通过形成低沸点As化合物去除32.636%–66.747%的As，且生物可利用性显著降低。该研究为多金属污染土壤修复提供了绿色可持续解决方案。

　　

土壤重金属污染的治理困境与突破
随着工业化进程加速，铅(Pb)和砷(As)等重金属(HMs)通过采矿、冶炼等活动进入土壤，形成持久性复合污染。这类污染不仅破坏土壤生态功能，更通过食物链威胁人类健康——Pb暴露可导致贫血和免疫损伤，As则与癌症风险显著相关。尤其棘手的是，Pb²⁺
和AsO₂
^-
/AsO₃
^3-
的化学性质差异使传统修复技术顾此失彼：碱性条件虽能沉淀Pb却会活化As，而铁锰氧化物对As的吸附能力远强于Pb。面对这一全球性环境挑战，云南某研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，首次将自持阴燃技术应用于Pb/As复合污染土壤修复。

技术方法精要
研究选用锯末(SA)作为生物质燃料，通过调控土壤-SA混合比和气流速率等参数建立阴燃反应体系。采用连续提取法分析Pb形态转化，通过DTPA提取评估生物可利用性，结合X射线衍射(XRD)和热重分析揭示作用机制，并利用高羊茅生长实验验证修复效果。

关键研究发现

1. Pb的固定化机制
   阴燃过程使Pb的可还原态(F2)降低43.818%–75.268%，残渣态(F4)增加56.988%–277.949%。XRD分析表明，Pb物种在还原-氧化交替环境中转化为稳定矿物相，如铅铁氧化物(PbFe₁₂
   O₁₉
   )。

2. As的去除途径
   平均去除效率达32.636%–66.747%，与阴燃时间呈正相关。热力学分析证实，As主要转化为As₄
   O₆
   (沸点457°C)等挥发性化合物随气流逸出。

3. 参数优化效应
   低气流(5 L/min)配合高生物质含量(20%)的处理组表现最优，既保证As去除率，又将Pb/As的生物可利用态降至环境安全阈值以下。

4. 土壤功能恢复
   尽管DTPA提取态Pb/As偶有升高，但修复后土壤有机质、总磷钾含量提升，促使高羊茅根系缩短（生物量增加27%），显示生态功能改善。

研究启示与展望
该研究突破性地证实了自持阴燃技术在复合污染修复中的双重功效：既通过矿物相转化固定Pb，又借助热化学挥发去除As。其碳中和技术特性（生物质能源利用）与自持性（无需外部供能）完美契合绿色修复理念。Haoran Song等学者首次建立的参数-效能关联模型，为实际工程应用提供关键调控依据。未来研究可进一步探索阴燃尾气中As的捕集技术，以及长期田间尺度下的稳定性验证。这项技术在我国湖南等矿区污染治理中具有广阔应用前景，为《土壤污染防治行动计划》提供了创新技术支撑。