随着近期国家《土壤环境保护和污染治理行动计划》的发布实施,土壤污染问题日益引起人们的关注。重金属土壤污染具有污染范围广、持续时间长、不易被发现、无法被生物降解等特点,并可能通过食物链在生物体内富集,最终引起重金属污染事故。由于化学固定技术具有成本低廉、操作方便、效果迅速等特点且施工经验较多,被广泛应用于重金属污染土壤治理中。化学固定修复技术的关键在于选择综合性能优良的固定剂,而含硫试剂和含磷试剂对多种重金属具有优良的固定效果,因此硫、磷试剂的开发具有广阔的应用前景和市场。本课题以土壤中铅(Pt)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)为固定目标,选择硫脲-羟基磷酸钙复配体系作为固定剂,通过均匀设计实验方法安排实验,通过改变硫脲用量、羟基磷酸钙用量、氢氧化钠用量、固定时间和土壤含水率筛选出最佳固定条件并得到该污染土壤体系下重金属固定率与固定条件的稳定关系模型。得到的主要结果如下:(1)通过控制变量法研究了水溶液中硫脲、羟基磷酸钙、氢氧化钠对重金属离子固定率的影响。硫脲用量达到与重金属摩尔比为1.5时,对水溶液中铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)均有良好的固定效果;当氢氧化钠用量足以提供硫脲水解所需要的碱基时,增加氢氧化钠使用量对提高重金属离子去除率效果不明显;如若过量时,反而不利于重金属离子的去除;羟基磷酸钙对(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)表现出良好的去除效果,对汞(Hg)也有一定的去除效果;经过SEM分析反应前后的羟基磷酸钙形貌,结合硫脲-羟基磷酸钙复配体系水溶液中去除重金属离子实验,发现羟基磷酸钙对重金属离子有很强的吸附能力,形成大基团,可使固定剂发挥最大的固定能力,并延长固定有效期。(2)研究了硫脲-羟基磷酸钙复配体系对复合重金属污染土壤的化学固定。均匀设计实验组中铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)和锌(Zn)最大固定率分别为99.58%、91.42%、96.36%、99.51%和94.66%。分析得各重金属固定率与固定条件不成线性关系,对铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)和锌(Zn)固定率与固定条件分别建模,得到了通过稳定性检验的模型。其中铅(Pt)、汞(Hg)和铜(Cu)模型的预报最优值大于1,这在实验中是不可能发生的;而镉(Cd)和锌(Zn)模型的预报最优值分别为0.9893和0.9972,远大于均匀设计实验组重金属最大固定率,由此可以对其模型进行修整。另外,铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)和锌(Zn)的预报最优固定条件之间存在差异,这表明对重金属固定率进行归一化处理是非常必要的。(3)完成了重金属固定率的归一化处理、建模,得到了通过检验的稳定模型和最佳固定条件。采用了 1965年系统科学家札德(L.A.zadeh)提出的模糊集合概念,通过隶属度计算,将重金属固定率转化为子集,结合“专家权”和“客观权”,选择了镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)和锌(Zn)的权重系数分别为0.05、0.3、0.3、0.05和0.3,完成了重金属固定率的归一化处理得到其综合评分集。通过对综合评分集与固定条件建模,得到通过检验的稳定模型,预报最优综合评分集为Y=1.1001,需要注意的是在这里Y>1是可能的。因为我们在各子集隶属度计算时,把实测最大点值定义为1,模型优化值完全有可能超过样本的实测好点值。将预报最优固定条件进行实验验证,得到镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pt)和锌(Zn)的固定率分别为90.91%、99.51%、96.36%、98.76%和93.36%,经过计算综合评分集Y=0.9783,预报相对偏差为12.4%。将补充实验与U10(108)实验数据一起建模,对模型进行修整,得到预报最优Y=1.0277,将预报最优固定条件进行验证实验,得到镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pt)和锌(Zn)的固定率分别为 91.42%、93.26%、93.01%、99.58%和 91.37%,经过计算综合评分集 Y=0.9541,预报相对偏差为8.0%,模型的最大值预报偏差得到较大改善,已经能被土壤修复专业工程技术研究所接受。