污泥生物炭修復(fù)農(nóng)田重金屬污染土壤的研究.pdf

1、編號：分類號：密級：UDC：學(xué)號：碩士學(xué)位論文學(xué)位類別：學(xué)術(shù)型碩士作者姓名：劉丹學(xué)科、類別：環(huán)境工程研究方向：污染土壤修復(fù)指導(dǎo)教師：趙永紅教授周丹副教授年月日污泥生物炭修復(fù)農(nóng)田重金屬污染土壤的研究污泥生物炭修復(fù)農(nóng)田重金屬污染土壤的研究RemediationofHeavyMetalPollutedAgriculturalSoilsUsingBioDerivedFromSewageSludge江西理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)土壤

2、重金屬污染嚴(yán)重，耕地點位污染超標(biāo)率達19.4%，嚴(yán)重威脅到農(nóng)產(chǎn)品安全及人體健康。生物炭因其優(yōu)良的理化特性，目前被廣泛應(yīng)用于土壤改良、肥力提升、促進植物生長及土壤重金屬污染治理方面，且表現(xiàn)出較好的效果，具有巨大的土壤應(yīng)用潛力。本研究以污水處理廠剩余污泥為原料制備生物炭，通過元素分析、比表面積分析、電鏡掃描、傅里葉紅外光譜、XRD衍射等表征了其理化特性；通過吸附試驗探討了生物炭理化特性對吸附重金屬效果的影響；通過土壤培養(yǎng)試驗和土柱淋濾試驗考

3、察了生物炭輸入對重金屬形態(tài)、遷移性影響；通過盆栽試驗研究了污泥生物炭對重金屬生物有效性的影響，從而為污泥生物炭修復(fù)重金屬污染的農(nóng)田土壤提供理論依據(jù)。主要結(jié)論如下：（1）熱解溫度是影響污泥生物炭理化特性的主要影響因素，由于揮發(fā)性物質(zhì)的散失及堿性物質(zhì)的生成，300~800℃條件下熱解制備的污泥生物炭的pH隨熱解溫度的增加而增大，C、H、O、N元素含量則逐漸減小，而比表面積、孔體積、含氧官能團數(shù)量、帶負(fù)電荷量數(shù)量等在低溫（300~400℃）條

4、件下逐漸增大，在高溫（500~800℃）條件下呈現(xiàn)減小的趨勢，400℃得到的生物炭比表面積和孔體積最大，分別是原污泥的8.82倍、5.83倍。400~500℃存在一個臨界點。污泥生物炭表面的主要特征官能團包括OH、COOH和COH。（2）污泥生物炭對Cr、Mn、Cu、Zn的吸附等溫線符合Langmuir等溫吸附模型，吸附動力學(xué)過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，吸附能力與其吸附活性位點的數(shù)量成正比。制備溫度的升高不利于污泥生物炭對重金屬的吸附，B

5、C400對Cr、Mn、Cu的吸附量最大，分別為5.727、6.492、6.56mgg1，BC300對Zn的吸附量最大，為6.124mgg1。與Mn、Cu、Zn不同的是，由于Cr以陰離子形式存在，污泥生物炭對Cr的吸附在效率隨pH增大而降低，在pH為3時最大，為91.13%；重金屬離子共存時存在對吸附位點的競爭，污泥生物炭對Cr的吸附效率在單一溶液中逐漸減小，而復(fù)合溶液中表現(xiàn)出相反的趨勢。BC400對重金屬離子的吸附固定主要是靠其表面孔隙

6、的物理吸附、表面COOH、OH和COH含氧有機官能團與重金屬離子間的靜電引力以及高嶺石等無機礦物與重金屬離子之間的交換共同作用。（3）12個月的土壤培養(yǎng)試驗結(jié)果表明，BC400輸入重金屬污染土壤能夠有效降低土壤可交換性酸度，增加土壤有機質(zhì)含量，提升土壤肥力，同時有效降低了重金屬元素的有效態(tài)含量。相比對照，單一污染土壤中Cr、Mn、Cu、Zn的酸可提取態(tài)含量分別降低了99.62%、40.37%、5.84%、37.44%，復(fù)合污染土壤中減少