生物炭固定化硫酸盐还原菌对Cd2+吸附及作用机制分析

分别在300、500、700℃下限氧热解稻草、小麦和玉米秸秆制备生物炭,并以制备的生物炭为载体固定化硫酸盐还原菌（SRB）,对比不同类型生物炭固定化SRB对Cd²⁺的吸附效果,筛选出吸附效果最佳的固定化SRB菌剂,并采用SEM、FTIR和BET对其进行表征分析;同时,研究溶液pH、吸附时间、生物炭添加量、Cd²⁺浓度对吸附效应的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探究其对Cd²⁺的吸附过程及作用机理.结果表明,700℃限氧热解小麦秸秆生物炭固定化SRB菌剂（IBXM700）对Cd²⁺的吸附效果最佳;在pH=8、生物炭添加量为0.6 g（每50 mL溶液）、吸附时间为8 h、Cd²⁺初始浓度为40 mg·L^-1条件下,IBXM700对Cd²⁺的吸附效果最佳,其吸附符合拟一级动力学模型,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,且符合Langmuir模型,表明是单分子层吸附;离子交换、沉淀可能是IBXM700吸附Cd²⁺的主要机制,阳离子-π作用为次要机制.     

生物炭固定耐镉菌群对Cd2+的吸附及作用机制

从广西某硫化尾矿中分离出一耐镉菌群,将其固定在生物炭上制成固定化菌剂.同时,探究了生物炭种类、添加量、溶液pH、Cd²⁺初始浓度对固定化菌剂吸附Cd²⁺性能的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线、16S rDNA、SEM、FTIR、XPS等分析测试手段研究了固定化菌剂对Cd²⁺的吸附过程和作用机制.结果表明,竹生物炭制备的固定化菌剂(ZBCM)对Cd²⁺的吸附效果最佳,在Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1、pH=6、生物炭投加量为3 g·L^-1的条件下,ZBCM对Cd²⁺的吸附率达89.49%,较生物炭和单菌群的吸附率分别提高了54.6%和53.51%.从属水平上看,菌群主要由梭状芽孢杆菌、毛梭菌和产己酸菌构成,ZBCM吸附Cd²⁺后优势菌变为副梭菌、毛梭菌和贪铜菌,贪铜菌丰度的增长增强了ZBCM对Cd²⁺的络合和生物积累作用.ZBCM对Cd²⁺的吸附...     

溶磷微生物改性生物炭吸附重金属的机理研究

利用磷溶菌（PSB）对稻壳（RB）和污泥（SB）生物炭进行不同时间的改性,研究了其对水体中Pb²⁺和Cd²⁺（1000mg/L）的修复机制.主要通过测定改性生物炭的理化特性和重金属含量,并利用结构方程模型研究了微生物改性生物炭对重金属的吸附机理.结果表明,PSB显著改善生物炭的孔径结构、比表面积BET （增加了12.5%~175.0%）和表面官能团.特别是还增加了生物炭中C和P元素的释放,促进了生物炭表面的生物矿化机制.PSB改性显著提高了生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附作用（RB提高：Pb²⁺=9.5%~34.5%,Cd²⁺=34.7%~219.9%,SB提高：Pb²⁺=65.3%~101.3%,Cd²⁺=106.6%~248.6%）.通过Pb和Cd的修复差异,发现不同重金属对微生物的胁迫是导致改性生物炭对重金属的修复反应路径相反的原因.此外,结构方程模型证实6~12h的PSB改性效果最好,且BET不是主要影响因素.不同的生物质炭改性后的修复机制也存在明显差异,孔径结构（R_max²=0.99）是改性RB的主要吸附途径,化学沉淀（R_max²=0.99）是改性SB的主要吸附途径.     

一株耐酸SRB的分离及其脱硫除镉性能

为减轻酸性矿山废水引起的环境污染,为矿山废水处理提供潜在的菌种资源,从土壤中分离出一株耐酸的硫酸盐还原菌SRB1并探讨了该菌株的还原硫酸盐和除镉特性.结果表明该菌株具有较强的脱硫除镉能力,其最低耐受pH值,最适温度,最大耐Cd²⁺浓度分别为3.7,35℃和40mg/L.在COD/SO₄^2-≥2,Cd²⁺浓度≤30mg/L条件下,除镉率可达99%以上.在高浓度Cd²⁺和SO₄^2-的体系中,该菌对Cd²⁺有较强的吸附作用,能将Cd²⁺从50mg/L降至15.5mg/L,吸附率达58%,采用二次培养能将SO₄^2-从1.5g/L降至0.04g/L,脱硫率达97.3%,Cd²⁺浓度几乎降为零.TEM、FTIR、SEM表征显示,在镉胁迫下,该菌株的细胞形态发生改变,吸附前后,红外吸收峰改变明显,沉淀颗粒含有结晶CdS.     

生物炭和磷肥复合修复有色矿区重金属污染土壤的效果

以有色矿区污染土壤为研究对象,考察了生物炭和磷肥单施及复合施用对土壤重金属的钝化修复效果。单施生物炭或与磷肥复合处理土壤pH显著升高。单施磷肥及与生物炭复合处理显著提高了土壤TCLP提取态磷。生物炭和磷肥是较好的钝化土壤中Pb、Zn和Cd的修复材料,尤以P+HB处理的效果最好,使土壤TCLP提取态Pb、Zn和Cd分别降低39.4%、18.3%和41.8%,降低了重金属的迁移性和生物有效性。Pb的酸可提取态和可还原态主要向残渣态转化,而Zn和Cd主要向可氧化态转化。生物炭和磷肥复合对污染土壤中Pb、Zn和Cd的钝化有协同作用。     

生物炭复配海泡石钝化修复弱碱性镉污染土壤

通过大田试验,研究了生物炭复配海泡石对弱碱性土壤镉(Cd)有效性、赋存形态和土壤质量以及Cd在玉米体内吸收累积的影响.结果表明,复配材料表面粗糙且含有纤维状结构,结合了海泡石和生物炭的矿物晶体组成.不同钝化处理降低了土壤Cd的有效性,其中,添加0.2%生物炭+0.2%海泡石时土壤有效态Cd含量由0.38 mg·kg^-1下降至0.25 mg·kg^-1,Cd赋存形态由活性较高的可交换态和碳酸盐结合态转化为更稳定的残渣态.施用不同复配比的生物炭和海泡石后,显著降低了玉米各部位Cd含量,与对照相比,3种玉米籽粒中Cd含量分别下降了37.14%～40.55%(蠡玉16)、59.46%～68.78%(郑单958)和40.94%～47.84%(三北218).添加钝化材料较对照处理显著升高了土壤可溶性有机碳含量、土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性.其中,0.2%生物炭+0.2%海泡石处理对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性提升效果最好,0.2%生物炭+0.5%海泡石处理对土壤过氧化氢酶活性提升效果最好.综合考虑,施用0.2%生物炭+0.2%海泡石复配材料对弱碱性Cd...     

硫酸盐还原菌对碱性和酸性农田土壤中重金属的钝化效果及其作用机制

通过土壤培养实验考察了硫酸盐还原菌（SRB）包括希瓦氏菌、梭状芽胞杆菌和两者混合菌对碱性和酸性农田土中有效态重金属（Cd、Pb、Cu和Zn）的钝化效果及其作用机制.结果表明,在相同接菌量下,希瓦氏菌处理组对碱性土中有效态重金属的钝化效果优于梭状芽胞杆菌和两者混合菌的处理组;而不同种类的SRB对酸性土中有效态重金属的钝化效果无显著差异.培养第20 d后土壤中有效态重金属的钝化率不再显著变化.SRB处理对碱性土中有效态重金属的钝化率可达80%以上,而对酸性土中有效态重金属的钝化率低于40%.在碱性土中,SRB能够有效还原SO₄^2-,并且提高土壤pH值,使S^2-可与重金属紧密结合,显著提高有效态重金属钝化率.尽管SRB使酸性土壤pH值升高,但土壤仍然呈酸性使SO₄^2-还原受到抑制,不利于有效态重金属的钝化.总体来看,SRB适用于碱性和酸性土壤的重金属污染治理,但与酸性土壤相比,SRB对碱性土壤中有效态重金属的钝化效果更好.     

硫酸盐还原生物滤池对含镉废水去除效果试验研究

在18.0~22.3℃条件下,以含镉(Cd2+)废水为研究对象,首先对分离纯化出的硫酸盐还原菌(SRB)采用细胞包埋固定化技术同沸石填料制成具有生物活性的载体,建立硫酸盐还原生物滤池,培养驯化完成后进行了生物滤池对废水中Cd2+、COD和SO2-4的去除效果试验研究.结果表明,利用SRB采用生物滤池的运行方式可以对废水中的重金属镉(Cd2+)进行良好地去除.当滤速(V)=0.4 m·h-1时,生物滤池对进水Cd2+浓度≤15 mg·L-1的废水处理效果最好.在稳定运行期间,生物滤池对Cd2+、COD和SO2-4的去除率分别在99%、75%和50%以上,经过生物滤池处理后出水中Cd2+含量低于0.1 mg·L-1,达到国家《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343-2010)中对Cd2+的排放要求.生物滤池对Cd2+、COD和SO2-4的去除效果主要集中在60 cm以上的空间.当V<0.6 m·h-1时,滤池对Cd2+有高效稳定的去除效果.     

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。     

重金属对硫酸盐还原菌影响

含重金属硫酸盐废水是我国工业水污染的突出问题,利用硫酸盐还原菌的生物去除重金属的方法具有投资少、成本低、能耗少、去除率高,没有二次污染等优点而成为研究的热点。文章以混合培混养物作为接种污泥,考察不同浓度的重金属离子(Cu2+、Cd2+、Ni2+、Hg2+)对硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB)的抑制作用。研究表明:10 mg/L的Cu2+、Cd2+和20 mg/L的Hg2+对SRB还原硫酸盐的影响较小,硫酸盐最大去除率可分别达到94.1%、94.6%、91.3%,与空白(93.9%)相近;20 mg/L的Cu2+对SRB的抑制最为强烈,硫酸盐最大还原率仅为48.2%,剩余金属离子(Cd2+、Ni2+、Hg2+)都分别随着浓度的增大而对SRB的抑制作用增强;相同浓度的重金属离子对SRB的抑制顺序为Ni2+>Cu2+>Cd2+>Hg2+,抑制浓度分别为10、20、30、60 mg/L。最后阐述了各个反应器中硫酸盐还原率最大时,(WCOD/WSO42-)与硫酸盐还原率的关系。     

稻-麦轮作模式下不同钝化材料对镉污染农田土壤的原位钝化效应

为明确大田条件下施用钝化材料对镉(Cd)污染农田土壤的原位钝化效应及其持续性,以秸秆生物炭、 YH粉、粉煤灰、海泡石和页岩粉(粒径均<0.2 mm,施用量均为2.25kg·m^-2)这5种钝化材料为研究对象,连续监测3 a稻-麦轮作模式下原位钝化处理对土壤养分、土壤酸碱度、土壤Cd污染状况和种植作物籽粒Cd含量的影响,探讨其钝化效应及持续性,为有效控制农田土壤Cd污染、保证作物安全生产提供理论依据和数据支撑.结果表明：(1)稻-麦轮作模式下,施用5种钝化材料对土壤养分含量影响较小,但均可提高土壤pH,促使土壤Cd由酸提取态向残渣态转化,降低土壤Cd有效性,其中秸秆生物炭与YH粉处理下当季土壤有效Cd含量的降幅最大(20.42%～22.53%),是其它钝化处理的1.07～1.84倍.(2)稻-麦轮作模式下,首年施用5种钝化材料后均显著降低了水稻和小麦籽粒Cd含量,降幅分别达19.88%～48.77%和5.06%～24.00%.施用秸秆生物炭、粉煤灰和YH粉后作物籽粒Cd含量显著低于对照和其它钝化材料,该处理条件下的水稻籽粒ω(Cd)(0.195、0.197和0....     

典型污灌区土壤中Cd的形态、有效性及其影响因子

采集了北京、山东、天津、河北及辽宁5个典型污灌区土壤,外源添加1.20mg/kg 的Cd,经过30d老化后,研究了不同污灌区土壤中小麦Cd的吸收、转运系数,同时利用离子色谱及WHAM6.0模型对污灌区土壤溶液性质及自由Cd²⁺形态等进行了测定.结果表明,不同污灌区土壤中,小麦根、茎叶对Cd的富集系数（BCF）与植株体内Cd的根-茎叶转运系数（TF）有显著差异;二种不同Cd敏感性小麦茎叶对土壤Cd的富集系数为0.064~0.465,最大相差626.5%,不同污灌区土壤Cd的富集系数大小表现为辽宁棕壤最大,山东棕壤最小;植株根-茎叶Cd转运系数（TF）表现为河北褐土>辽宁棕壤~北京潮土>天津潮土>山东棕壤.不同污灌区土壤中,自由Cd²⁺形态含量与Cd植物有效性呈显著正相关;植株根、茎叶中Cd含量与土壤中自由Cd离子含量的负对数[p（Cd²⁺）]呈显著（P<0.001）的负相关关系,方程分别为：y=-3.3106x+17.681（R²=0.929）;y=-0.3389x+1.7743（R²=0.916）.外源添加1.20mg/kg Cd土壤中,溶液自由Cd²⁺形态的变化值[△p（Cd²⁺）]与pH值、EC含量呈正相关,而与溶液中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺含量呈负相关.由此可以推断,由污灌引起的土壤中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺等离子含量的增加将导致土壤中Cd环境风险增大.     

壬基酚对一株铜绿假单胞菌吸附镉的影响

考察壬基酚（NP）对一株从重金属污染场地筛选出的铜绿假单胞菌X吸附镉（Cd）的影响,在NP浓度分别为0、1.0、10.0mg/L条件下,通过优化吸附条件,研究X菌的Cd²⁺吸附效果.结果表明,NP与Cd²⁺共存时,在Cd²⁺初始浓度为1.0mg/L的溶液中,菌体的最佳投菌量和pH值为1.0g/L和7.0,吸附2h,吸附率可达90.0%左右.失活菌与活菌的吸附结果表明失活菌的吸附能力较活菌强.NP浓度对吸附的影响结果表明,低浓度NP对菌株吸附Cd²⁺的抑制作用较小,高浓度NP时抑制作用较大.通过分析X菌处理单一Cd²⁺及Cd²⁺-NP复合污染后的红外光谱图可知,菌体表面的羟基O-H键、酰胺C-N键和N-H键和氨基均参与吸附反应,并且高浓度NP对菌体表面基团活性影响较大,从而影响其对Cd²⁺的吸附.     

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。     

农业废弃物基生物炭对水溶液中镉的吸附效果与机制

以畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪）为原料分别在300℃和700℃下制备生物炭,以作物秸秆（小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆）为原料分别在300℃和500℃下制备生物炭,利用比表面积和孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和CHN分析仪等对农业废弃物基生物炭的理化性质、表面结构和元素组成进行表征,研究生物炭理化性质差异和其对镉吸附效果和机制.结果表明,不同农业废弃物基生物炭对Cd²⁺的等温吸附符合Langmiur方程,拟合结果发现随着热解温度的升高,牛粪、鸡粪和猪粪基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量分别从83.40、19.65和96.74 mg·g^-1增加至106.54、 268.89和164.53 mg·g^-1;而不同热解温度下制备的秸秆基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量差异不显著.农业废弃物基生物炭呈碱性,除牛粪生物炭外,灰分含量随热解温度上升而增加.随着热解温度的上升,生物炭孔隙结构变丰富,含氧官能团增加,出现芳香结构.通过定量分析,发现生物炭Cd²⁺总...     

热解温度对生物炭强化镉污染土壤治理的影响

为了探究污泥生物炭对Cd污染土壤的钝化修复效果,采用人工模拟Cd污染土壤进行盆栽实验,并探究了生物炭对Cd污染土壤pH、有机碳、Cd含量及价态、玉米株高、富集系数及生物转化系数的影响。结果表明:热解温度为800℃时制备的生物炭的修复效果优于300℃时制备的生物炭,且生物炭的最佳剂量为9.0 g/kg。施用800℃下制备的生物炭时,土壤中Cd含量也增加至7.9 mg/kg,较热解温度300℃增加约1.0 mg/kg。污泥生物炭显著降低了土壤中酸可提取态及还原态Cd的含量,升高了氧化态及残渣态Cd含量。当热解温度为800℃时,酸可提取态和还原态Cd含量分别降低至0.68,0.45 mg/kg,氧化态及残渣态Cd含量分别升高至0.76,1.72 mg/kg,从而降低了土壤中可生物利用Cd的含量。此外,生物炭能够降低Cd的生物富集系数及转化系数。     

石灰对生物炭和腐殖酸阻控水稻Cd吸收的效应

采用田间试验,研究了石灰-生物炭和石灰-腐殖酸两种联合修复剂及其不同施用量对酸性土壤中稻米Cd含量、产量和品质的影响,并对不同处理修复效果进行综合评估.结果表明,两种联合修复剂能显著降低稻米Cd含量17.39%~45.96%,降低土壤有效Cd含量18.29%~29.88%,.生物炭、腐殖酸施用量分别为5000,6000kg/hm²时,稻米Cd的降低效果最佳.石灰-生物炭处理中,降低稻米Cd含量的主要因子为土壤pH和土壤有效Cd含量（P<0.05）,而石灰-腐殖酸处理则为土壤有机质含量与土壤有效Cd含量（P<0.05）.施加修复剂后稻米产量可达6637~7890kg/hm²,直链淀粉含量达到19.47%~27.26%;当腐殖酸施用量为7500kg/hm²时可使稻米产量提高10.97%,而石灰-生物炭处理对稻米产量无显著影响;采用层次分析法确定了稻米Cd含量、稻米产量、稻米品质和修复费用在修复效应评估中所占权重为0.608、0.150、0.102、0.140,综合评估结果显示土壤-水稻系统Cd阻控效应的联合修复技术为：在施用1200kg/hm²石灰的基础上同时施加6000kg/hm²腐殖酸.     

磁性生物炭的合成及对土壤重金属污染的钝化效果

为提高生物炭对土壤重金属的钝化能力,通过温和液相还原再氧化法制备了磁性生物炭材料.利用土壤培养实验,以0%、 0.3%、 0.6%和1.0%(质量分数)的比例向重金属污染土壤中施加磁性生物炭,考察磁性生物炭对土壤重金属污染的钝化修复效果及对土壤理化特性的影响,并对修复机制进行了探讨.结果表明,添加不同比例磁性生物炭后,土壤中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn有效态含量均呈现不同程度的下降,且随着该材料添加比例的增加土壤中重金属有效态降幅随之增加.培养24 d后,Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的钝化效率分别达到了27.52%、 49.55%、 55.83%、 27.33%和26.01%(添加量为1%),但土壤中重金属的形态并没有发生显著变化,可能主要与重金属和生物炭之间相对较弱的结合机制有关.同时,磁性生物炭的添加改善了土壤的理化性质,其中pH值提高0.7个单位,脱氢酶活性提高6倍,过氧化氢酶活性和有机质分别提高37.06%和22.11%.     

改性生物炭修复砷镉复合污染土壤研究进展

砷镉复合污染(As/Cd污染)已成为我国主要的土壤环境问题,改性生物炭作为一种吸附固定剂在修复土壤As/Cd污染中正发挥日益重要的作用.在明确原始生物炭作为钝化剂修复As/Cd污染土壤局限性的基础上,综述了针对As/Cd污染土壤修复的生物炭改性方法研究进展,分析了相关作用机制,并对未来利用改性生物炭修复As/Cd污染土壤的前景和存在问题进行展望.结果表明,金属改性生物炭具有较好的协同修复As/Cd污染土壤的效应,从而具有良好的应用前景.通过不同改性方法制备的生物炭材料修复As/Cd污染的固定机制各异,其中,金属改性和无机非金属改性生物炭对As/Cd的固定作用主要涉及官能团配位、共沉淀和As氧化还原;微生物改性生物炭涉及沉淀作用和As氧化还原;物理和酸改性方法则局限于物理吸附和弱静电引力.针对当前研究现状,建议未来应加强生物质原料类型、热解温度、制备工艺、经济成本和土壤老化等因素对改性生物炭修复As/Cd污染土壤的影响研究,实施不同因素影响下材料对重金属固定的稳定性和长效性评估,揭示材料修复As/Cd污染土壤的关键作用机制.     

生物炭固定化解有机磷菌对Pb2+的吸附行为研究

分别在300、500和700℃将核桃青皮粉末限氧热解制备生物炭，以生物炭为载体固定化解有机磷菌(organic phosphorus-degrading bacteria, OPDB).通过对比不同热解温度生物炭固定化OPDB吸附Pb²⁺的效果，优选出吸附效果最佳的固定化OPDB菌剂.利用傅里叶变换红外光谱分析、扫描电子显微镜、比表面积测试法对其进行表征分析，并探讨了生物炭添加量、溶液pH和吸附温度对吸附行为的影响，结合吸附动力学与等温吸附模型探究生物炭固定化OPDB对Pb²⁺的吸附过程及机理.结果表明，500℃限氧热解核桃青皮生物炭固定化OPDB菌剂对Pb²⁺的吸附效果最佳，最适吸附条件为：温度30℃，pH为6～7，生物炭添加量为0.1 g·100 mL-1.吸附过程较符合拟一级动力学模型，且吸附30min基本达到平衡，符合Langmuir模型，属于单分子层吸附.