水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30% WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1%添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳（DOC）和无定形氧化铁含量（Fe_o）.培养结束后,在添加生物炭的处理中,相较于30% WHC,淹水和干湿交替条件下TCLP提取态Pb含量分别下降31.87%和20.33%,TCLP提取态Cd含量分别下降25.29%和16.07%.淹水条件下弱酸提取态Pb和Cd下降幅度分别为24.78%和20.14%,且弱酸提取态Cd含量随时间逐渐降低.在3种水分条件下,Pb和Cd有效性降低顺序为：淹水 > 干湿交替 > 30% WHC.相关分析结果显示,土壤pH和无定形氧化铁含量均与有效态Pb和Cd呈显著负相关,表明淹水条件下添加生物炭可通过提高土壤pH和无定型氧化铁含量来有效钝化Pb和Cd,具有促进复合重金属污染酸性水稻土中重金属向稳定态转化的协同机制.     

牛粪生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复研究

为了探讨以牛粪为原材料制备的生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复作用,采用人工模拟重金属镉污染土壤进行盆栽试验,研究分别添加在低温300℃和高温700℃条件下制备的牛粪生物炭,对重金属镉污染土壤p H值、镉含量、镉形态及供试作物中镉含量的影响。结果显示:高温700℃制备的生物炭效果好于低温300℃,与对照值(CK)相比,当两种牛粪生物炭添加量为10 g/kg时处理效果最佳,土壤p H值、镉含量依次升高0.2和0.1、42.2%和21.84%,供试作物中镉含量降低了71.59%和51.22%,酸可提取态镉降低了21.69%和22.89%,残渣态镉含量升高了51.59%和77.71%;牛粪生物炭添加量为2.5g/kg时,Fe-Mn氧化结合态镉、有机结合态镉含量降幅最大,分别为21.88%和14.06%、31.82%和12.12%。牛粪生物炭对重金属镉污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

水稻秸秆生物炭对镉、铅复合污染土壤中重金属形态转化的短期影响

用生物炭修复重金属污染土壤已有广泛研究.本文采用水稻秸秆在500℃下制成的生物炭,施入Pb、Cd复合污染的土壤中培养30 d,探讨重金属化学形态变化,以期为生物炭修复重金属污染土壤提供科学依据.结果表明:生物炭添加后,黄棕壤的pH升高,弱酸提取态、可还原态及可氧化态Pb含量降低,残渣态Pb含量极显著增加,土壤Pb活性降低;与未加生物炭处理相比,添加生物炭后高浓度Cd污染土壤中弱酸提取态Cd含量极显著降低,可氧化态Cd含量增加,而残渣态Cd含量变化不显著,表明添加生物炭可以促进弱酸提取态Cd向可氧化态Cd转化.Pb、Cd复合污染土壤中Pb-Cd交互作用极显著,添加生物炭减弱了交互作用对弱酸提取态Pb的影响.     

巯基改性生物炭对镉污染土壤的稳定化效果

为寻求针对东北地区镉(Cd)污染土壤的高效稳定化材料,以玉米秸秆生物炭为原始材料,以三巯丙基三甲氧基硅烷(MPS)作为改性剂制备稳定化材料巯基生物炭,分析施加不同用量(1%、3%和5%)的巯基生物炭、生物炭、石灰对土壤理化性质(pH值、CEC值、SOC值)、Cd浸出含量及Cd化学形态的影响。结果表明:各用量巯基生物炭均可使土壤pH值下降、CEC值上升、SOC值上升,TCLP法Cd浸出含量分别为76.99,72.52,67.53 mg/kg,相同用量条件下效果均优于石灰。其中,本实验最大添加量5%巯基生物炭Cd稳定化效果最为显著,较施加5%石灰的处理Cd浸出含量低11.1%。BCR连续提取法分析结果表明,5%巯基生物炭施加量使弱酸可溶态Cd、可还原态Cd分别降低了35.8%、17.63%,较5%石灰处理分别高8.18%和5.7%,效果显著。研究表明巯基生物炭较石灰针对东北地区Cd污染土壤具有更好的稳定化效果。     

药渣生物炭联合麦饭石对铜镉污染土壤修复研究

期望以板蓝根药渣为原材料制备生物炭,用于修复重金属Cu、Cd污染土壤,实现以废治污。该研究探讨以板蓝根中药渣为原材料制备的生物炭联合天然麦饭石对重金属Cu、Cd污染土壤的钝化修复效果及作用机理,采用室内土壤培养试验,研究钝化剂施加量为2%土壤质量时,500℃下制备的药渣生物炭(BC500)、天然麦饭石(MS)和等质量的生物炭与麦饭石组合钝化剂(BC500+MS)共3种钝化剂处理对重金属Cu、Cd污染土壤p H、土壤养分、铜镉形态的影响。土壤培养30 d研究结果表明,3种钝化剂均能提高土壤pH、土壤养分;施加单一药渣生物炭对铜的钝化效果好于天然麦饭石,但天然麦饭石对镉的钝化比药渣生物炭的效果更优;采用修正BCR三步连续提取法提取不同处理的Cu、Cd形态,与对照值(CK)相比,BC500处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低了9.00%和6.82%,残渣态Cu、Cd含量分别增加了16.08%和16.67%;MS处理的弱酸可提取态Cu含量较对照无变化,Cd的酸可提取态降低了17.05%,残渣态Cu、Cd含量分别增加7.75%和59.52%;BC500+MS处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低4.44%和26.14%,残渣态Cu、Cd含量分别增加10.16%和78.57%。通过表征分析表明,生物炭对Cu、Cd污染土壤钝化机制是吸附固定和形成沉淀作用,麦饭石对Cu、Cd污染土壤钝化机制主要是吸附作用。     

核桃壳生物炭对土壤中镉的钝化修复

通过室内模拟试验,研究了核桃壳生物炭（BC400、BC500、BC600）对人工Cd污染土壤（20 mg/kg）pH、Cd赋存形态分布的影响,并探究可能的修复机理。结果显示:经56 d修复后,与空白对照组相比,10%添加量的核桃壳生物炭BC400、BC500、BC600分别使土壤pH升高了1.07、1.31、1.38,弱酸可提取态Cd含量减少了17.02%、20.20%、24.53%,可还原态Cd含量减少了8.9%、19.1%、38.2%,可氧化态Cd含量增加了44.83%、78.45%、100%,残渣态Cd含量增加了66.03%、71.43%、89.21%。同时,土壤pH与土壤中弱酸可提取态Cd含量呈显著负相关（P<0.01）。综上,核桃壳生物炭能够对Cd污染土壤起到钝化修复作用。     

玉米秸秆生物炭固化细菌对镉砷吸附

为了确保细菌对镉砷复合污染土壤的修复效果,对细菌进行固定化处理.本研究将细菌悬液(Delftia sp. B9, B9)、玉米秸秆生物炭(corn stalks biochar,CSB)以及玉米秸秆生物炭-细菌复合体(corn stalks biochar-bacteria complex,B-CSB)作为3种吸附材料,探究3种材料对镉和砷的吸附特性及pH对3种材料去除水中镉砷离子性能的影响,进行了等温吸附模型拟合,并采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对3种材料进行表征分析,同时探究添加B9、 CSB和B-CSB对土壤中镉和砷形态变化的影响.结果表明, 3种材料对Cd~(2+)的饱和吸附量分别为49.43、 82.68和75.38 mg·g~(-1);对As的饱和吸附量分别为24.67、 42.92和34.03 mg·g~(-1).添加B-CSB可使土壤中的弱酸可溶态Cd显著下降,残渣态Cd显著增加;铁型砷含量显著减少,残渣态砷含量增加.B-CSB是一种更有效地修复镉砷复合污染的材料.     

铁基硅盐对土壤环境镉砷赋存形态及转化影响

为探明铁基硅盐对土壤镉砷赋存形态影响及各形态间转化规律,采用室内长期淹水培养吸附实验,研究不同比例铁硅材料对土壤离子态镉砷活性影响;筛选适宜铁基硅盐(FS)配比同时添加腐殖酸(FSC)和金属氧化物(FSCa),明确复配处理土壤中镉砷分级形态转化程度.结果显示,铁:硅比值增加10%,土壤pH值平均降低0.35;F₂-S₈处理土壤离子态镉降幅71%;F₁₀-S₀处理土壤离子态砷降低59.9%,离子态镉砷含量与硅酸盐-铁盐施用量互呈反比;处理F₄-S₆和F₆-S₄之间镉、砷钝化率产生交点,约为25%~30%.土壤中镉主要以可溶态为主,占比58%;砷主要以铁铝氧化态和钙结合态为主,占比40%和23%.铁硅比例为5:5或5.5:4.5左右复配能有效将铝结合态砷和铁铝氧化态砷转变为钙结合态砷和残渣态砷,可溶态镉转化为碳酸盐结合态镉以及铁锰氧化态镉,同步降低土壤中镉砷的活性.     

改性生物炭材料对稻田原状和外源镉污染土钝化效应

为研究改性处理后的生物炭对镉污染土壤钝化效应,以油菜秸秆制备的生物炭(BC)为原材料,通过不同处理(HNO_3氧化、NaOH碱化、KMnO_4浸渍、FeCl_3浸渍)制备改性炭材料,在室内连续培养试验中,分析了其对原土/外源镉污染土壤的钝化效应.结果表明,原炭及改性生物炭均降低了原状土壤有效态镉含量,其中Na OH和KMnO_4改性的炭材料钝化作用超过50%;在外源污染土壤中,NaOH、KMnO_4、FeCl_3改性炭材料均降低了土壤有效态镉含量,以添加10%的BC-KMnO_4较佳,降低作用超30%,HNO3改性炭却活化了3.8%~24.5%的土壤有效态镉.10%BC-KMnO_4显著降低原状土壤中可交换态镉含量达65.1%,而BC-HNO_3在外源污染土壤中活化可交换态镉含量高达20.2%.原炭及改性生物炭均增加了土壤中有机碳、盐基离子含量;原炭及NaOH、KMnO_4改性生物炭提高了土壤pH,HNO_3改性炭则降低了土壤p H;原状土中有效态镉含量与pH、交换性钠离子含量呈显著负相关,外源镉污染土中有效态镉含量则与pH、有机碳、交换性镁、钾、钠离子含量呈显著负相关.KMnO_4改性生物炭显著提高土壤pH,增加土壤有机碳和盐基离子含量,降低土壤镉活性形态含量,可作为优选的原位钝化修复材料,而HNO_3改性生物炭显著降低了土壤pH,提高了土壤有效态和可交换态镉含量,具有促进土壤镉生物有效性的风险.     

生物炭负载铁前后对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失和形态转化的影响研究

复合污染土壤中Cd、Cu等阳离子重金属与As具有不同的化学性质和迁移转化行为.本研究以负载铁前后的小麦秸秆生物炭作为修复材料,研究酸雨淋溶条件下两者对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失量及赋存形态的影响;通过分析淋滤液pH值、电导率和溶解性有机碳含量等,探讨其可能的作用机制.结果表明,生物炭和负载铁生物炭均显著提高了淋滤液pH值和电导率.溶解性有机碳淋失量在生物炭处理中较对照(CK)处理提高3.4%~15.9%,而在负载铁生物炭处理中则降低27.3%~60.8%.与生物炭不同,负载铁生物炭能够不同程度地降低Cd、Cu和As的淋失,5%施用量下累积淋失量较CK处理分别降低85.7%、19.0%和62.1%.对淋溶后土壤中重金属和As赋存形态进行分析发现,施用生物炭促进了土壤中Cd和Cu由酸提取态向残渣态转化,却使As由无定形及弱结晶铁铝氧化物结合态向专性吸附态转化.负载铁生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu和As含量,相较于CK处理酸提取态Cd、Cu和非专性吸附态As含量分别减少3.6%~13.4%、7.5%~24.4%和19.0%~58.8%,而可还原态Cd和残渣态Cu、As含量分别增加4.3%~43.3%、2.2%~18.1%和44.9%~53.5%,其中,5%施用量下差异达到显著水平.综合而言,在5%施用量下,生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu含量,却提高了As的迁移性和有效性;而负载铁生物炭既降低了酸雨淋溶条件下Cd、Cu、As的淋失,还促进了土壤中Cd、Cu、As由有效态向潜在有效态或稳定态转化,是修复重金属和砷复合污染土壤的有效材料.     

砷超富集植物的热解特征及其与砷含量的关系

不同热解气氛和升温速率的比较研究表明,在空气气氛条件和25℃·min-1的升温速率下,砷超富集植物的热解曲线特征明显且实验速度适中,因此,是适用于砷超富集植物的热解实验条件.在该实验条件下,不同含砷浓度的蜈蚣草(Pteris vittata L.)和大叶井口边草(P.cretica L.)的热解温度主要集中在200～500℃之间.与低砷蜈蚣草相比,高砷蜈蚣草在300℃附近热解减弱,而在450℃附近热解加剧,蜈蚣草体内的砷有促使其热解过程向高温方向偏移的趋势;而大叶井口边草体内的砷则促使其在300℃附近热分解程度加剧,而对450℃附近的热解程度影响不明显.     

硫化砷渣一步水热成矿转化固砷与硫回收

含砷工业废水的处理通常会产生大量的含砷废渣,砷渣中的砷元素在各种环境因素的影响下容易重新释放到环境中.因此,本研究以模拟硫化砷渣作为典型含砷废渣,通过在水热条件下添加Al³⁺、SO₄^2-和Na⁺,将硫化砷渣一步直接转化成稳定的砷钠明矾石,同时回收单质硫.结果表明,最优的转化条件为：Al/As物质的量比为3：1,pH为2,水热温度和时间分别为200 ℃和2 h;EDS测试和红外谱图表明,部分砷酸根代替了钠明矾石中的硫酸根离子,从而生成了砷钠明矾石;砷钠明矾石的短期毒性浸出实验表明其在pH值为2~11的浸出液中砷的浸出浓度均小于0.05 mg·L^-1,参照《HJ/T 300-2007固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》的标准,利用pH=4.93的醋酸缓冲溶液浸渍砷钠明矾石90 d后,砷的浸出浓度依然小于0.05 mg·L^-1,由此说明转化后的砷钠明矾石具有优越的稳定性.最后利用该方法处理河南和福建两地的某砷渣,结果表明,两种实际砷渣中的砷浸出浓度均由原来的大于400 mg·L^-1降低到处理后的小于0.1 mg·L^-1,远低于国家危险废物鉴别标准中的限值（5 mg·L^-1）;另外,该方法在稳定硫化砷渣的同时还可以回收单质硫,为砷渣的处理与资源化利用提供了一种新思路.     

Combined pollution of arsenic and Polymyxin B enhanced arsenic toxicity and enriched ARG abundance in soil and earthworm gut microbiotas

Polymyxin B (PMB) is considered as the last line of antibiotic defense available to humans. The environmental effects of the combined pollution with PMB and heavy metals and their interaction mechanisms are unclear. We explored the effects of the combined pollution with PMB and arsenic (As) on the microbial composition of the soil and in the earthworm gut, as well as the spread and transmission of antibiotic resistance genes (ARGs). The results showed that, compared with As alone, the combined addition of PMB and As could significantly increase the bioaccumulation factor and toxicity of As in earthworm tissues by 12.1% and 16.0%, respectively. PMB treatment could significantly increase the abundance of Actinobacteria in the earthworm gut (from 35.6% to 45.2%), and As stress could significantly increase the abundance of Proteobacteria (from 19.8% to 56.9%). PMB and As stress both could significantly increase the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), which were positively correlated, indicating that ARGs might be horizontally transferred. The inactivation of antibiotics was the main resistance mechanism that microbes use to resist PMB and As stress. Network analysis showed that PMB and As might have antagonistic effects through competition with multi-drug resistant ARGs. The combined pollution by PMB and As significantly promoted the relative abundance of microbes carrying multi-drug resistant ARGs and MGEs, thereby increasing the risk of transmission of ARGs. This research advances the understanding of the interaction mechanism between antibiotics and heavy metals and provides new theoretical guidance for the environmental risk assessment and combined pollution management.     

Geochemical migration of arsenic and its environmental effect

ＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｉｇｒａｔｉｏｎｏｆａｒｓｅｎｉｃａｎｄｉｔｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｆｅｃｔＷｅｎｇＨｕａｎｘｉｎ，ＬａｎＸｉａｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏ...     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

地表水和地下水中的砷、硒同时测定

通过利用双道原子荧光法,同时对地表水和地下水样品中砷、硒进行测定,具有操作更加简单、监测分析速度快、节省试剂等优点。     

褐煤地下气化过程中铅和砷的迁移规律的研究

在煤炭地下气化模型试验的基础上,研究了褐煤原煤及其气化产物中的铅和砷的含量和分布,进行了铅和砷的质量平衡计算,并分析了其析出的反应机理.实验结果表明,铅在原煤中以残渣态23.07%、碳酸盐和铁锰氧化物结合态53.96%、硫化物结合态22.96%存在,而砷则以残渣态47.73%、有机结合态7.95%、硫化物结合态40.90%存在.在气化过程中63.65%的铅和56.23%的砷残存在地下煤灰中,1.15%的Pb和6.62%的As转化到煤气冷凝水中,35.20%的Pb和37.15%的As转化到煤气中.     

感应电芬顿降解二甲基砷的效果与机理研究

二甲基砷作为甲基砷的主要种类之一,主要由含砷废水的排放和农药滥用进入环境水体,进而严重威胁着人类的健康.通过改进电芬顿反应中Fe~(2+)的投加方式,构建了以铁棒为感应阳极、RuO_2/Ti网为阳极、2个活性炭纤维为双阴极的感应电芬顿体系.为探究感应电芬顿体系对二甲基砷的降解效果与机理,考察了反应过程中初始pH、电流密度、反应物初始浓度等因素对二甲基砷去除效果的影响.结果表明,在初始pH值为3,电流密度为2 m A·cm~(-2),二甲基砷初始浓度为5 mg·L~(-1)的最佳条件下,经感应电芬顿反应240 min后,二甲基砷去除率高达94.4%.在此体系中,感应铁电极不断释放的Fe~(2+)与阴极产生的H_2O_2发生电芬顿反应产生羟基自由基将二甲基砷降解为一甲基砷、As(Ⅲ)和As(V),同时,铁离子水解生成的铁的羟基络合物将二甲基砷、一甲基砷、As(III)和As(V)吸附在其表面,从而达到二甲基砷的高效去除.     

Migration of manganese and iron during the adsorption-regeneration cycles for arsenic removal

Fe-Mn binary oxide incorporated into porous diatomite (FMBO-diatomite) was prepared in situ and regenerated in a fixed-bed column for arsenite [As(III)] and arsenate [As(V)] removal. Four consecutive adsorption cycles were operated under the following conditions: Initial arsenic concentration of 0.1 mg·L⁻¹, empty bed contact time of 5 min, and pH 7.0. About 3000, 3300, 3800, and 4500 bed volumes of eligible effluent (arsenic concentration ⩽ 0.01 mg·L⁻¹) were obtained in four As (III) adsorption cycles; while about 2000, 2300, 2500, and 3100 bed volumes of eligible effluent were obtained in four As(V) adsorption cycles. The dissection results of FMBO-diatomite fixed-bed exhibited that small amounts of manganese and iron were transferred from the top of the fixed-bed to the bottom of the fixed-bed during As(III) removal process. Compared to the extremely low concentration of iron (<0.01 mg·L⁻¹), the fluctuation concentration of Mn²⁺ in effluent of the As(III) removal column was in a range of 0.01–0.08 mg·L⁻¹. The release of manganese suggested that manganese oxides played an important role in As(III) oxidation. Determined with the US EPA toxicity characteristic leaching procedure (TCLP), the leaching risk of As(III) on exhausted FMBO-diatomite was lower than that of As(V).