生物质活性炭原位修复有机物污染底泥技术研究与应用

污染底泥是水体中重要的内源污染,生物质活性炭作为原位修复技术的覆盖材料,正在逐步应用于污染底泥的原位修复.应用椰壳颗粒活性炭与果壳颗粒活性炭对有机物污染底泥进行原位修复,测定2种生物质活性炭的比表面积、孔径分布、表面官能团等理化性质,并应用2种生物质活性炭进行了原位治理污染底泥的实验室静态模拟试验和实地现场试验,在实地现场试验中增加煤基活性炭与2种生物质活性炭进行对比.结果表明:①2种生物质活性炭的表面性质与化学组成相似,但椰壳颗粒活性炭比表面积较大,微孔孔隙结构略微发达,极性基团较少.②实验室静态模拟试验中,2种生物质活性炭对底泥中的PAHs（多环芳烃）、PAEs（酞酸酯）和苯系物（benzenes）3类有机污染物均有很好的稳定化修复效果,投加生物质活性炭10个月后,底泥孔隙水中3类污染物的质量浓度降低93.2%以上;对不同种类有机污染物,孔隙水降低率略有差距,与2种生物质活性炭理化性质的差异有关.③实地现场试验中,2种生物质活性炭和煤基活性炭对3类有机污染物的稳定化修复效果均呈现PAEs > PAHs >苯系物,煤基活性炭的修复效果略高于2种生物质活性炭.研究显示,在10个月的修复时间下,生物质活性炭对有机物污染底泥有明显的修复效果,可使底泥孔隙水中PAHs、PAEs和苯系物类有机污染物质量浓度降低90%以上,并且与煤基活性炭相比,生物质活性炭对环境造成的污染印迹更小.      

生物质炭对沉积物中有机污染物的吸附固定作用机理

不同来源生物质炭表面和理化性质差别很大,对沉积物中有机污染物的吸附固定不同.以3种不同来源生物质炭（椰壳粉末、草木灰和聊城电厂灰）为研究对象,应用被动采样技术监测治理过程中污染物浓度的变化,揭示生物质炭理化性质及其与吸附固定效果之间的关系.结果表明:①3种生物质炭粒径相差不大,但椰克粉末的BET比表面积比草木灰和聊城电厂灰高2个数量级,孔隙结构发达.②吸附固定沉积物中有机污染物的静态模拟试验结果显示,椰克粉末对3类有机物（多环芳烃、苯系物和酞酸酯）的吸附固定作用均很强,投加10个月,沉积物孔隙水中3类有机物的质量浓度降低92.7%以上,与其属于非极性吸附剂、BET比表面积大、孔隙结构发达有关;草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用较弱,分别为62.5%和59.6%,与其表面积小、孔隙结构不发达有关.③生物质炭吸附固定沉积物中有机污染物的动力学研究结果显示,草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用能很快达到平衡,也与其BET比表面积小、孔隙结构不发达相关.研究显示,生物质炭的理化性质（如BET比表面积、孔隙结构等）是影响有机物污染沉积物治理效果的主要因素.      

腐植酸改性生物质电厂灰固定化微生物修复石油烃污染土壤

以生物质电厂灰为载体,用腐植酸对其改性后,负载石油烃降解菌形成固定化菌剂对原油污染土壤进行修复,其中对生物质电厂灰改性的最佳条件以及固定化菌剂对原油污染土壤的修复效果进行了考察。结果表明:生物质电厂灰改性的最佳条件为:电厂灰粒径10~40目,固液比1∶1,改性时间4 h,改性后孔状结构增多且表面粗糙,有利于微生物的附着,固定的微生物数量可达1.5×109 CFU/g。进行60 d的修复后,固定化菌剂对污染土壤中石油烃的降解率达到51.9%,比游离菌提高了25.0%,对长链正构烷烃、芳香烃及胶质的降解率分别提高了9.6%、31.7%和37.5%。固定化生物质电厂灰的应用使石油烃降解菌得到保护和支撑,提高了土壤基础呼吸速率和土壤酶活性,实现了石油烃的高效降解。因此,腐植酸改性生物质电厂灰是一种在石油污染土壤修复方面具有应用潜力的微生物固定化材料。     

浅层平铺炭质吸附剂治理多氯联苯污染底泥的有效性评价研究

以颗粒活性炭和粉末活性炭为修复剂,并对其表面性质进行了表征.同时,应用三维荧光光谱、半透膜被动采样装置(SPMDs)和低密度聚乙烯膜(LDPEs)被动采样3种方法评价其治理多氯联苯污染底泥的效果.三维荧光实验结果表明,到第3个月,底泥修复开始显现了比较明显的效果,溶解性污染物明显减少.SPMDs试验结果显示,颗粒活性炭和粉末活性炭修复的底泥在修复后的第5个月,其目标污染物PCB40被摄取量的减少率分别达到88%和70%,LDPEs相应结果达到了91%和83%.试验表明,炭质吸附剂浅层平铺修复污染底泥效果显著,且颗粒炭比粉末炭修复效果更好.     

敌草隆在市售草木灰及生物质电厂灰上的吸附特性研究

对1种市售草木灰及3种生物质电厂灰的表面性质及化学组成进行表征,研究了它们对农药敌草隆的吸附等温线及吸附动力学特征.结果表明,无论市售生物质灰还是生物质燃料燃烧后的废灰,对敌草隆的吸附均为复杂的多反应过程,这与它们复杂的空洞结构和化学组成有关.BET表面积标化吸附量显示,微孔和中孔较多的电厂灰1和电厂灰3,单位表面积的体积饱和吸附量较高,表明表面积及孔径分布是影响吸附不可忽视的重要因素.有机碳含量标化吸附系数显示,饱和烷烃及芳香烃类非极性化合物含量较高的电厂灰的标化吸附系数均大于羧基等极性化合物含量较高的市售生物质灰,表明有机质含量及有机质的化学组成,尤其是非极性有机物的含量是影响疏水性有机化学品吸附容量的重要因素.以上结论暗示着生物质电厂灰在污染底质原位治理方面具有很大的应用潜力.     

改性生物质电厂灰钝化修复南方镉污染土壤及其长效性研究

选取我国南方生物质发电厂的灰渣为原料,经物理和化学改性制成重金属钝化剂,针对我国南方重金属Cd污染的土壤开展钝化修复研究.底灰中Cd等重金属含量明显低于其对应的飞灰,这是选择底灰作原料的重要原因.用其制备的BFA型钝化剂在水中对Cd的吸附量可达16mg/g以上.室内盆栽试验中,添加土壤干重1%的钝化剂,第一季稻米Cd含量降低80%以上,从超标2.8倍降至达标;第二季小麦籽粒Cd降低70%,从超标0.9倍降至达标.在我国南方Cd重度污染的农田中开展的原位修复试验表明,添加1%的钝化剂,稻米和小麦籽粒中Cd降低70%~90%,其中稻米Cd持续降低,2017年降低率相较2016年继续提升10%~20%,最终从超标20倍降至达标;Ni降低60%以上,且保留有益的Cu、Zn元素不受明显影响;此BFA型钝化剂还能促进作物生长,第一季稻米产量提高40%~60%,第二季仍有一定的增长效果.综合安全性考虑,我国南方生物质电厂的灰渣重金属含量很低,经过改性加工可制成安全高效的重金属钝化剂.可为钝化修复我国南方重金属污染农田提供一种经济有效的方法,也为现阶段难以处置的灰渣提供一个重要的利用途径.     

扎龙湿地沉积物垂向剖面中多环芳烃分布特征

对扎龙湿地核心区沉积物分层取样,以正己烷/二氯甲烷为提取剂,用超声波方法提取沉积物中16种优控PAHs,采用GC/MS法定量分析w(PAHs). 结果表明,扎龙湿地剖面沉积物中2环和3环PAHs占PAHs总量的86%以上,4环以上的PAHs所占比例较小. 在各层沉积物中含量较高的萘、菲、芴及PAHs总量随深度的增加而减小,沉积物表层0～10 cm内的w(PAHs)最高,达396.61 ng/g. 表层沉积物中含量较高的PAHs为萘>菲>芴>荧蒽>芘>二氢苊>苊烯>. w(PAHs)与沉积物中w(TOC)呈正相关关系,相关系数为0.9347. 从扎龙湿地的低环PAHs污染特征以及同周边地区大气颗粒物中的PAHs对照分析表明,扎龙湿地沉积物中的PAHs主要来源于石油类污染.      

土壤气相抽提技术在修复污染场地中的工程应用

针对某化工厂污染场地的修复问题,采用土壤气相抽提原位修复技术将包气带中的挥发性和某些半挥发性污染物抽出,使污染场地得以修复。根据场地条件及污染特性,确定修复系统的组成、运行。样品检测结果表明:修复8个月后,对主要污染物苯,在土壤中的去除率达95.2%~99.9%,在土壤有机废气中的去除率达80.7%。从实际工程应用说明土壤气相抽提技术是一种效果较好的修复技术,为类似污染场地原位修复问题提供工程技术参考。     

伊乐藻-固定化氮循环菌技术入湖河道修复研究

从太湖金墅湾水体筛选出包括土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌的氮循环菌,固定于多孔性载体内,对伊乐藻-固定化氮循环菌联用技术在秋冬季太湖金墅湾水源地入湖河道水体生态修复效果进行了研究.经室内生态修复模拟与原位围隔实验表明,伊乐藻-固定化氮循环菌联用对水质改善效果要优于单独使用伊乐藻或固定化氮循环菌,该技术对原位入湖河道有效去除率为:总氮5.9%~61.2%,氨氮12.4~70.3%,硝氮6.1%~68.0%,COD 4.2%~78.5%;通过氮循环菌释放可明显提高水体氮循环菌数量,MPN值比对照水体高出3~4个数量级;相关性分析表明,差异性显著(P<0.01).经5个月原位围隔试验表明,伊乐藻-氮循环菌联用技术可有效降低秋冬季入湖河道营养盐负荷,有助于控制湖泊水源地富营养化.     

基于硝酸盐缓释-功能微生物协同的污染底泥原位修复技术研究

重污染底泥原位修复常需外加大量电子受体,但大量实践表明电子受体直接投加存在作用时效短、微生物利用效率低等问题.针对该问题,开发了电子受体缓释-功能微生物协同的复合环境功能材料,并探讨了功能材料对底泥原位修复效果.结果表明:①复合功能材料〔以Ca（NO₃）₂计,下同〕仅投加5.7 g/kg时,底泥中ORP（氧化还原电位）提升了60.17%~73.96%,AVS（酸可挥发性硫化物）去除率高达90%,是其他传统原位修复材料的1倍.②相较于单独投加Ca（NO₃）₂的修复方式,复合功能材料最大可去除上覆水中33.78%的ρ（TN）,而且ρ（NH₄+-N）也降低了27.90%.③复合功能材料同时促进上覆水中TP和COD_Cr的去除,其去除率分别在78%和30%以上.④从经济成本和对环境影响的角度出发,在工程应用上宜用电子受体:固定剂:促凝剂:发泡剂:塑形剂:复合微生物菌剂:水的质量比为1:5:0.5:0.5:0.1:1:1的复合功能材料.研究显示,硝酸盐缓释-功能微生物复合材料是一种高效的重污染底泥原位修复材料,能显著提升底泥和上覆水中污染物去除效率,降低ρ（NH₄+-N）、ρ（COD_Cr）,避免上覆水体受到二次污染.