生物質(zhì)炭對(duì)鎘——阿特拉津復(fù)合污染土壤的修復(fù)研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,重金屬和有機(jī)污染日益加重,重金屬污染、有機(jī)污染以及重金屬--有機(jī)復(fù)合污染土壤的修復(fù)和綜合治理迫在眉睫,治理形式相當(dāng)嚴(yán)峻,已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。生物質(zhì)炭(Biochar,BC)具有的多孔性和巨大比表面積,使其具有良好的吸附能力,能有效降低土壤重金屬和有機(jī)污染物在土壤和污水中的活性。此外,其本身含有豐富的營養(yǎng)元素可以供土壤微生物利用,還可以促進(jìn)有機(jī)污染物在土壤中的生物降解。因此,生物質(zhì)炭在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用得到廣泛

2、關(guān)注。本研究選用廣西特色有機(jī)廢棄物甘蔗葉、木薯稈、水稻秸稈以及蠶沙為原材料,分別在300℃和700℃下制備生物質(zhì)炭,利用SEM掃描電鏡、紅外(FTIR)光譜分析、Boehm式滴定定量分析、碘吸附測定等,對(duì)不同生物質(zhì)炭進(jìn)行表征,對(duì)比不同原材料制備的生物質(zhì)炭之間的性質(zhì)差異。采用批量法研究生物質(zhì)炭在不同吸附時(shí)間、初始濃度和pH值對(duì)溶液中重金屬鎘(Cadmium,Cd)和除草劑阿特拉津(Atrazine,AT)的吸附特征。然后選用差異較大的甘蔗

3、葉生物質(zhì)炭和蠶沙生物質(zhì)炭作為土壤添加劑,考察了施用生物質(zhì)炭對(duì)鎘--阿特拉津復(fù)合污染土壤中鎘生物有效性及阿特拉津消解的影響,以期為治理與修復(fù)重金屬--有機(jī)復(fù)合污染土壤提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1、熱解溫度顯著影響生物質(zhì)炭的產(chǎn)率、灰分、孔隙結(jié)構(gòu)。同種原材料,與低溫(300℃)熱解相比,高溫(700℃)熱解的生物質(zhì)炭產(chǎn)率降低,灰分得到累積,生物質(zhì)炭中孔、微孔更豐富,表面孔隙結(jié)構(gòu)更明顯。四種原材料制備的生物質(zhì)炭在同一熱解溫度下

4、的產(chǎn)率和灰分含量均表現(xiàn)為:蠶沙生物質(zhì)炭(BCse)>水稻秸稈生物質(zhì)炭(BCrs)>木薯稈生物質(zhì)炭(BCcs)>甘蔗葉生物質(zhì)炭(BCst)。
　　2、生物質(zhì)炭的pH值均大于7,且高溫炭的pH值高于低溫炭。同一熱解溫度下,不同原材料制備的生物質(zhì)炭的pH值為:BCse>BCrs>BCcs>BCst。此外,生物質(zhì)炭表面含有豐富的含氧官能團(tuán),且低溫炭表面的含氧官能團(tuán)總量多于高溫炭,其中,官能團(tuán)種類和數(shù)量較多的是BCst-300和BCse-3

5、00。低溫條件制備的生物質(zhì)炭表面含有酸性官能團(tuán)較多,BCst-300、BCcs-300、BCrs-300和BCse-300的酸性含氧官能團(tuán)總量分別為3.22、3.00、2.56和1.73mmol/kg,其中甘蔗葉炭以酚羥基和羧基為主,而其他炭以酚羥基和內(nèi)酯基為主。高溫?zé)峤鈼l件,生物質(zhì)炭表面酸性官能團(tuán)所占比例下降,堿性官能團(tuán)比例上升。
　　3、生物質(zhì)炭能有效吸附水溶液中的鎘和阿特拉津,且高溫炭的吸附量大于低溫炭,其中,BCrs-70

6、0和BCse-700對(duì)Cd的吸附量較大,BCst-700對(duì)AT的吸附量較大。生物質(zhì)炭對(duì)Cd和AT的吸附效果受溶液pH值和初始濃度的影響,偏中性條件(pH值=6)下,更利于生物質(zhì)炭對(duì)Cd的吸附,而酸性條件(pH值=4)更利于對(duì)阿特拉津的吸附;并且溶液的初始濃度越高,生物質(zhì)炭的吸附量越大。阿特拉津和鎘在四種原材料制備的生物質(zhì)炭上的吸附過程可很好的用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合。
　　4、添加甘蔗葉生物質(zhì)炭和蠶沙生物質(zhì)炭均有效提高了土壤pH值、

7、有機(jī)碳含量和陽離子交換量,從而顯著降低土壤有效態(tài)鎘的含量。其中,添加蠶沙生物質(zhì)炭對(duì)提高土壤pH值和陽離子交換量的效果優(yōu)于添加甘蔗葉生物質(zhì)炭;而對(duì)提高土壤有機(jī)碳的效果卻稍微低于添加甘蔗葉生物質(zhì)炭。對(duì)比四種生物質(zhì)炭對(duì)土壤有效鎘的影響,BCse-300的修復(fù)效果最好,土壤有效態(tài)鎘含量比對(duì)照降低了47.72％,其次是BCse-700,再次是BCst-700和BCst-300處理,其有效態(tài)鎘含量分別比對(duì)照下降了38.55%、31.28%和22.8

8、6%。
　　5、添加生物質(zhì)炭能有效吸附土壤中的阿特拉津,降低阿特拉津的活性,減少其對(duì)土壤微生物的毒害,使土壤微生物得以繁殖生長,土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量增加,間接促進(jìn)阿特拉津在污染土壤中的消解。其中,添加蠶沙生物質(zhì)炭的效果優(yōu)于甘蔗葉生物質(zhì)炭,而效果最佳的仍是添加BCse-300的處理。
　　綜上所述,生物質(zhì)炭對(duì)鎘-阿特拉津復(fù)合污染土壤具有較好的修復(fù)效果。添加四種生物質(zhì)炭均顯著降低了土壤中有效鎘含量,同時(shí)降低阿特拉津