生物質炭對鎘——阿特拉津復合污染土壤的修復研究.pdf

1、隨著工農業(yè)的持續(xù)發(fā)展,重金屬和有機污染日益加重,重金屬污染、有機污染以及重金屬--有機復合污染土壤的修復和綜合治理迫在眉睫,治理形式相當嚴峻,已成為環(huán)境科學領域研究的熱點。生物質炭(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,還可以促進有機污染物在土壤中的生物降解。因此,生物質炭在環(huán)境領域的應用得到廣泛

2、關注。本研究選用廣西特色有機廢棄物甘蔗葉、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,對不同生物質炭進行表征,對比不同原材料制備的生物質炭之間的性質差異。采用批量法研究生物質炭在不同吸附時間、初始濃度和pH值對溶液中重金屬鎘(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、葉生物質炭和蠶沙生物質炭作為土壤添加劑,考察了施用生物質炭對鎘--阿特拉津復合污染土壤中鎘生物有效性及阿特拉津消解的影響,以期為治理與修復重金屬--有機復合污染土壤提供理論依據。主要研究結果如下:
　　1、熱解溫度顯著影響生物質炭的產率、灰分、孔隙結構。同種原材料,與低溫(300℃)熱解相比,高溫(700℃)熱解的生物質炭產率降低,灰分得到累積,生物質炭中孔、微孔更豐富,表面孔隙結構更明顯。四種原材料制備的生物質炭在同一熱解溫度下

4、的產率和灰分含量均表現為:蠶沙生物質炭(BCse)>水稻秸稈生物質炭(BCrs)>木薯稈生物質炭(BCcs)>甘蔗葉生物質炭(BCst)。
　　2、生物質炭的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炭的pH值為:BCse>BCrs>BCcs>BCst。此外,生物質炭表面含有豐富的含氧官能團,且低溫炭表面的含氧官能團總量多于高溫炭,其中,官能團種類和數量較多的是BCst-300和BCse-3

5、00。低溫條件制備的生物質炭表面含有酸性官能團較多,BCst-300、BCcs-300、BCrs-300和BCse-300的酸性含氧官能團總量分別為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酯基為主。高溫熱解條件,生物質炭表面酸性官能團所占比例下降,堿性官能團比例上升。
　　3、生物質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Cd的吸附量較大,BCst-700對AT的吸附量較大。生物質炭對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,更利于生物質炭對Cd的吸附,而酸性條件(pH值=4)更利于對阿特拉津的吸附;并且溶液的初始濃度越高,生物質炭的吸附量越大。阿特拉津和鎘在四種原材料制備的生物質炭上的吸附過程可很好的用準二級動力學模型擬合。
　　4、添加甘蔗葉生物質炭和蠶沙生物質炭均有效提高了土壤pH值、

7、有機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,添加蠶沙生物質炭對提高土壤pH值和陽離子交換量的效果優(yōu)于添加甘蔗葉生物質炭;而對提高土壤有機碳的效果卻稍微低于添加甘蔗葉生物質炭。對比四種生物質炭對土壤有效鎘的影響,BCse-300的修復效果最好,土壤有效態(tài)鎘含量比對照降低了47.72％,其次是BCse-700,再次是BCst-700和BCst-300處理,其有效態(tài)鎘含量分別比對照下降了38.55%、31.28%和22.8

8、6%。
　　5、添加生物質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,間接促進阿特拉津在污染土壤中的消解。其中,添加蠶沙生物質炭的效果優(yōu)于甘蔗葉生物質炭,而效果最佳的仍是添加BCse-300的處理。
　　綜上所述,生物質炭對鎘-阿特拉津復合污染土壤具有較好的修復效果。添加四種生物質炭均顯著降低了土壤中有效鎘含量,同時降低阿特拉津