蘆葦改性生物質(zhì)炭制備及用于太湖水生態(tài)修復(fù)的研究.pdf

1、水體氮磷污染和沉積物中的氮磷內(nèi)源釋放是造成太湖富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。水生態(tài)植物修復(fù)投資小、效果顯著、與生態(tài)共融，可大規(guī)模用于太湖營(yíng)養(yǎng)化污染治理。收割水生植物制備生物質(zhì)炭既可以避免二次污染，同時(shí)憑借其高比表面積、多孔、無(wú)污染等特點(diǎn)可以作為吸附劑吸附水體氮磷，帶來(lái)雙重的生態(tài)效益。但此前研究依然存在生物質(zhì)炭氮磷吸附量較低，缺乏對(duì)太湖水體及沉積物體系的實(shí)際應(yīng)用研究等問(wèn)題。
　　本論文選取太湖水生態(tài)建設(shè)中最為常見(jiàn)的蘆葦為研究對(duì)象，制備出負(fù)載納

2、米級(jí)MgO顆粒并能同時(shí)高效去除水體NH4-N和PO4-P的改性蘆葦生物質(zhì)炭，研究其對(duì)水體NH4-N、PO4-P的吸附過(guò)程及機(jī)理，并嘗試探究其對(duì)太湖水生態(tài)修復(fù)的應(yīng)用前景。
　　首先，采用氯化鎂活化法制備蘆葦生物質(zhì)炭，考察不同制備條件對(duì)生物質(zhì)炭表征及理化性質(zhì)影響。MgCI2浸漬預(yù)處理可顯著提高蘆葦生物質(zhì)炭比表面積，形成微孔結(jié)構(gòu)并在生物質(zhì)炭表面負(fù)載MgO顆粒，其最大比表面積可達(dá)254.91 g/m2，平均孔徑約為3.07 nm。

3、　　然后，通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和吸附前后表征比較研究其對(duì)水體NH4-N、PO4-P吸附效果和過(guò)程機(jī)理。改性后的蘆葦生物質(zhì)炭能同時(shí)高效去除水體NH4-N和PO4-P，理論最大單位吸附量分別超過(guò)30 mg/g和100 mg/g，生物質(zhì)炭對(duì)NH4-N的主要吸附機(jī)制為陽(yáng)離子交換作用，通過(guò)表面附著的Mg2+與水體中的NH4+離子發(fā)生離子交換作用去除水體NH4-N。生物質(zhì)炭對(duì)PO4-P的主要吸附機(jī)制則為Mg-P沉淀作用。表面的MgO顆粒與溶液中不同形態(tài)

4、的PO4-P離子發(fā)生表面沉淀反應(yīng)，從而達(dá)到PO4-P吸附去除的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明生物質(zhì)炭對(duì)實(shí)際太湖營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷的去除也具有顯著效果。
　　進(jìn)一步采用改性蘆葦生物質(zhì)炭添加至太湖上覆水/沉積物水生態(tài)體系進(jìn)行培養(yǎng)的方式探究生物質(zhì)炭對(duì)太湖沉積物氮磷污染修復(fù)和微生物群落結(jié)構(gòu)影響。發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭添加可以降低沉積物NH4-N含量并能高效吸附固持沉積物NH4-N組分。生物質(zhì)炭添加對(duì)太湖沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)的改變也具有顯著影響，短時(shí)間培養(yǎng)后能促進(jìn)太

5、湖沉積物優(yōu)勢(shì)菌變形菌門（Proteobacteria）的生長(zhǎng)，這可能是由于Proteobacteria能利用生物質(zhì)炭作為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。生物質(zhì)炭添加后沉積物中Nitrospira綱硝化細(xì)菌OTUs數(shù)略低于對(duì)照組，表明生物質(zhì)炭的添加對(duì)沉積物硝化過(guò)程的進(jìn)行在短期內(nèi)具有潛在的抑制作用。本研究創(chuàng)新性地結(jié)合高效氮磷吸附材料的制備和水生態(tài)修復(fù)植物蘆葦?shù)馁Y源化兩個(gè)方面，制備出一種能同時(shí)高效吸附氮磷的改性蘆葦生物質(zhì)炭材料。并進(jìn)一步對(duì)其實(shí)際應(yīng)用于太湖氮磷污