土壤矿物质-可溶态生物炭的交互作用及其对碳稳定性的影响

将生物质转化为生物炭并输入土壤被认为是一种很有前景的碳封存技术.生物炭颗粒在土壤中会不断释放出可溶态生物炭,这部分生物炭不稳定,易被微生物分解.探明土壤组分矿物质对可溶态生物炭稳定性的影响对评估生物炭的碳封存作用具有重要意义.因此,本文以核桃壳生物炭为研究对象,通过批次吸附实验及微生物降解实验研究了2种代表性土壤矿物质高岭土和针铁矿与核桃壳生物炭可溶有机组分的结合机理,以及这种结合作用对可溶态生物炭稳定性的影响.结果表明:低浓度(如20 mg·L-1)可溶态生物炭条件下,高岭土与可溶态生物炭之间以Ca2+架桥作用为主,约占吸附总量的65%;高浓度(如80 mg·L-1)条件下,以范德华力为主,约占吸附总量的76%.随着可溶态生物炭初始浓度的升高,针铁矿对其吸附量先升高后下降,且以范德华力为主,Ca2+会抑制针铁矿对可溶态生物炭的吸附.被矿物质吸附后的可溶态生物炭,其微生物降解性显著下降,可降解的碳下降了47.9%~85.3%,土壤矿物质能够吸附保护可溶态生物炭,提高其在土壤中的稳定性.     

铝锆改性生物炭对水体低浓度氟的吸附特性

针对低浓度含氟水难处理,氟超标排放造成水污染等问题,制备了铝锆改性生物炭(AZBC),研究其对水体低浓度氟离子(F^-)的吸附特性及吸附机制.结果表明,AZBC是具有均匀孔隙结构的介孔生物炭,能够快速吸附水体F^-,可在20 min内达到吸附平衡.当初始ρ(F^-)为10mg·L^-1,AZBC投加量为30 g·L^-1时,F^-去除率为90.7%,出水浓度低于1mg·L^-1.AZBC的pH_pzc为8.9,推荐pH使用范围为3.2～8.9.其吸附动力学符合拟二级动力学,吸附过程符合Langmuir模型,在25、 35和45℃下的最大吸附量分别为8.91、 11.40和13.76mg·g^-1.可用1mol·L^-1 NaOH脱附F^-,5次循环使用后,AZBC的吸附量下降约15.9%. AZBC的吸附机制为静电吸附和离子交换共同作用.以某工业园区污水厂污水为实验对象...     

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...     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉污染土壤的钝化修复

为了探讨生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉(Cd²⁺)污染土壤的钝化修复效果,以制备的小麦秸秆生物炭为载体固定硫酸盐还原菌,研究不同修复剂生物炭(XM700)、硫酸盐还原菌(SRB15-3-2)和生物炭固定化硫酸盐还原菌(IBXM700)对Cd²⁺污染土壤的钝化修复效果.结果表明,与XM700组和SRB15-3-2组相比,IBXM700组的修复效果最好(p<0.05),不同Cd²⁺浓度污染土壤修复45 d后,与CK组对比,IBXM700组Cd可交换态含量显著降低了31.26%,残渣态含量提高了91.20%;同时,IBXM700组土壤pH值提升0.37,速效磷、速效钾含量分别提升了37.86%、57.29%,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提升了50.22%、52.45%、11.61%和28.03%.研究表明,IBXM700能够有效钝化修复Cd污染土壤,提升土壤肥力,在土壤修复领域具有很大潜力.     

不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm³·g^-1)和比表面积(110.120 m²·g^-1)低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%～410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601～4.224 mg·kg^-1,As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074～0.166 mg·kg^-1.热解后,各种重金属的环境质量指数(PI_i)和内梅罗...     

复合淋洗条件下农用地耕作层土壤去镉效率及其功能调节

为探究中（重）度重金属元素镉（Cd）污染农用地土壤淋洗修复的可行性,采用土柱模拟原位淋洗的方法,选择柠檬酸（CA）+氯化铁（FeCl₃）复合淋洗剂,在最佳浓度组合及淋洗剂添加量下,探究Cd在耕作层及其以下剖面层的分布特征,同时考察淋洗过程对土壤健康质量的影响及生物质炭的调节效果.结果表明:（1）0.1 mol·L^-1 CA与0.01mol·L^-1 FeCl₃是最佳浓度组合,此浓度组合下,当淋洗剂添加量为9孔隙体积时,淋洗后20 cm土柱中Cd含量低于供试土壤相应pH值的风险筛选值0.4 mg·kg^-1（GB 15618-2018）.（2）最佳淋洗条件下,60 cm土柱中Cd的纵向分布结果表明,淋洗后随土层深度增加总Cd含量依次递增,且土柱淋出液中含有一定量Cd,淋洗过程促进了Cd向下迁移.复合淋洗后土壤有效态Cd含量也随土层深度的增加而增加,这部分归因于不同土层可交换态及碳酸盐结合态Cd含量的变化.（3）CA+FeCl₃复合淋洗可导致土壤部分健康指标及酶活...     

黑臭水体治理Ⅱ：沉积物耗氧方式对重金属形态及生物有效性的影响

缺氧导致水体黑臭已成为我国许多河流普遍存在的污染问题,而沉积物耗氧是水体溶解氧减少的重要过程.本文通过构建一套室内模拟装置,利用薄膜扩散梯度(DGT)技术和改进的BCR三步连续提取法来探索黑臭水体沉积物不同耗氧方式对水体氧化还原体系和沉积物中重金属(Co、Ni、Cu、As、Sb和Pb)形态及生物有效性的影响.结果表明,厌氧培养过程中上覆水氧化还原电位为-65.50～0 mV,属于铁锰控制区;沉积物氧化还原电位为-170.30～-370.10 mV,主要由硫体系控制.化学耗氧,主要是其中的铁锰耗氧,会使沉积物中生物有效态Fe、Mn、S浓度增加,进而影响重金属的迁移转化.化学耗氧组上覆水中As浓度增加至9.64μg·L^-1,铁锰耗氧组上覆水中Co、Ni和As浓度分别增加至20.79、20.53和6.97μg·L^-1.化学耗氧组表层沉积物中生物有效态Co、Ni和As浓度增加至7.03、6.18和6.98μg·L^-1,而铁锰耗氧组其浓度增加至8.62、11.80和2.44μg·L^-1.说明不同耗氧方式会对沉...     

氟苯尼考降低生物除磷性能的影响行为及机制解析

为探究新兴污染物氟苯尼考(FF)对强化生物除磷(EBPR)的影响及作用机制,构建了序批式反应器,通过不同质量浓度的FF短期和长期暴露,分析了生物除磷效率的变化规律,解析了FF和胞外聚合物的作用机制,明确了EBPR内微生物群落结构对FF的响应特征.研究发现,FF对EBPR性能的影响具有浓度依赖性,即0.1 mg·L^-1的FF对EBPR的性能没有明显影响,而2.0 mg·L^-1的FF降低了除磷效率.机制研究表明,2.0 mg·L^-1 FF长期暴露对厌氧阶段磷酸盐的释放没有影响,但降低好氧阶段磷酸盐的过量吸收.三维荧光分析表明,2.0 mg·L^-1 FF对活性污泥的胞外聚合物的结构和成分有明显影响.微生物群落结构分析表明,与空白组相比,2.0 mg·L^-1的FF提高了Candidatus Competibacter、Tetrasphaera和Terrimonas的相对丰度,分别至19.00%、5.28%和16.28%,但显著地降低了Chinophagaceae的相对丰度.本结果为EB...     

WS2强化Fe2+活化高碘酸盐降解酸性橙7的研究

构建无机还原剂硫化钨(WS₂)强化Fe²⁺活化高碘酸盐(PI)体系，以典型有机染料酸性橙7(AO7)为模拟污染物，探究了Fe²⁺浓度、PI浓度、WS₂浓度、p H值及水体常见共存阴离子对AO7去除过程的影响，并基于自由基淬灭与捕获实验(EPR)分析了体系中可能存在的活性氧化物种及其生成机制.结果表明：WS₂/Fe²⁺/PI体系氧化去除AO7的效率远高于同等条件下单一Fe²⁺/PI活化过程；在[Fe²⁺]₀=0.1 mmol·L^-1、[PI]₀=0.5mmol·L^-1、[WS₂]₀=0.3 g·L^-1、初始p H为2.6条件下，AO7去除率在12 min内达到93.0%.实验中Fe²⁺浓度、WS₂浓度与AO7去除率呈正相...     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

含Br-废水高级氧化过程AOX生成特性研究

在焦化废水中投加Br^-模拟含Br^-难降解废水,研究UV/H₂O₂和UV/PDS两种高级氧化工艺在实现TOC优化去除条件下可吸附有机卤素（Adsorbable Organic Halogens,AOX）的生成特性.通过响应曲面法优化反应条件,实现废水中TOC高效去除,但Br^-浓度从50 mg·L^-1增至150mg·L^-1时,UV/H₂O₂和UV/PDS出水AOX浓度分别从0.56 mg·L^-1和0.65 mg·L^-1升高至1.44 mg·L^-1和1.63 mg·L^-1,远高于进水AOX浓度(0.08mg·L^-1);对活性卤代成分（RHS）稳态浓度的模拟结果表明UV/PDS中RHS浓度总体高于UV/H₂O₂,是造成二者出水AOX浓度区别的重要原...     

珠海近岸海域叶绿素a时空分布特征及其环境调控因素浅析

基于2017年11月（秋季）和2018年3月（春季）两个航次在珠海近岸海域开展的水环境调查,分析了水质理化参数、叶绿素a的浓度以及叶绿素a的空间分布及其环境调控因素.结果显示:（1）春季海水中叶绿素a含量高于秋季,其中秋季表层海水中叶绿素a的浓度为0.47～20.64μg·L^-1,平均值为3.23μg·L^-1;底层浓度为0.74～13.27μg·L^-1;平均值为2.18μg·L^-1.春季表层海水中叶绿素a的浓度为1.32～63.90μg·L^-1,平均值为9.35μg·L^-1;底层浓度为2.21～7.46μg·L^-1;平均值为4.36μg·L^-1.春秋两季叶绿素a浓度变化规律存在相似性,呈现东北部高、西南部低的趋势.（2）不同水质参数对海水叶绿素a浓度的影响具有季节性差异,秋季对叶绿素a含量影响较大的参数有温度、盐度、溶解氧、活性磷酸盐;春季影响较大的参数则是盐度和化学需氧量.     

我国地表水新烟碱类杀虫剂对水生生物安全的威胁

针对我国新烟碱类杀虫剂（NNIs）使用量大且地表水中浓度逐渐上升的现状,基于物种敏感度分布法,利用危害商法和概率风险评价法评估了我国地表水中NNIs对淡水水生生物的单一和复合生态风险,并对我国地表水质监管NNIs提出了目标建议值.结果表明：（1）单一化合物,吡虫啉的急性危害最大,吡虫啉和啶虫脒的慢性危害较大,最敏感生物均为昆虫;（2）海南省是地表水NNIs浓度最高的地区,急慢性危害最大;（3）联合毒性的概率曲线表明,5种NNIs对5%淡水水生生物产生慢性联合毒性的概率高达92.12%,严重威胁我国水生生物的安全;（4）基于物种敏感度分布曲线得到毒性参考值,结合危害商和概率风险评价的结果,建议我国保护水生生物安全的地表水质监管目标值分别为吡虫啉0.01μg·L^-1、噻虫啉0.03μg·L^-1、啶虫脒0.04μg·L^-1、噻虫胺0.22μg·L^-1和噻虫嗪0.24μg·L^-1.总之,我国地表水中NNIs浓度已经威胁到水生生物的安全,必须加强监管.     

赤水河流域水体抗生素污染特征及风险评价

为了初步探究贵州赤水河流域地表水的抗生素浓度分布特征及潜在生态风险,利用固相萃取-液相色谱串联质谱法（SPE-LC-MS）对地表水样品中21种抗生素进行检测分析.结果表明,赤水河地表水共检出12种抗生素,总浓度水平为ND～1 166.97 ng·L^-1,氧氟沙星、甲氧苄啶和磺胺嘧啶的检出率均为100%.平均检出浓度最高的3种抗生素分别是氧氟沙星(221.59 ng·L^-1)、四环素(13.18 ng·L^-1)和磺胺嘧啶(4.11 ng·L^-1),抗生素浓度分布呈现:下游(359.41 ng·L^-1)>中游(224.59 ng·L^-1)>上游(179.72 ng·L^-1).生态环境风险评估结果表明,下游点位W21具有最大的风险商值,其中四环素、强力霉素、恩诺沙星、诺氟沙星、红霉素和林可霉素的风险商值具有中风险水平,氧氟沙星具有高风险水平,这说明赤水河流域水体抗生素可能会造成一定的生态风险.     

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...     

外源添加磷和有机酸模拟铅污染土壤钝化效果及产物的稳定性研究

有机酸可提高土壤磷有效性,且能影响对重金属的固定,其在磷活化和重金属钝化方面具有非常复杂的功能.本研究以模拟铅污染土壤为对象,外源添加磷和柠檬酸,采用BCR三步连续提取法、0.01 mol·L-1CaCl2提取和毒性淋溶提取法(TCLP)评价有机酸存在下磷对模拟铅污染土壤的钝化效果;以苹果酸、NaNO3溶液为解吸剂探讨磷-柠檬酸-铅体系的稳定性.结果表明,无柠檬酸时,酸提取态Pb含量随磷浓度的增加而降低;加磷100 mg·kg-1、400 mg·kg-1时,酸提取态Pb含量随柠檬酸浓度增加而显著增加.残渣态Pb与酸提取态Pb的变化趋势相反,说明磷能降低土壤铅的生物有效性,柠檬酸则作用相反.有机酸浓度一定时,随磷浓度增加,0.01 mol·L-1CaCl2提取和TCLP提取的铅含量均呈降低趋势,表明磷具有钝化铅污染土壤的效果;但磷浓度一定时,它们提取铅含量随柠檬酸浓度增加表现出相反的变化趋势.土壤铅的解吸率随苹果酸浓度增加、pH值减小、离子强度增加而提高,且只添加磷处理的土壤铅解吸量较添加磷和柠檬酸共同处理的土壤少,前者钝化的铅稳定性更高.     

污泥生物炭活化过硫酸盐介导产单线态氧降解罗丹明B

以污水厂填埋污泥为原料,在不同热解温度下制备了污泥生物炭(SBC),发现SBC能够高效活化过一硫酸盐(PMS),促进罗丹明B(RhB)降解,且900℃下制备的SBC降解RhB的速率常数(0.071 min^-1)分别为300和600℃下制备的SBC的7.1和4.7倍.SBC/PMS体系中RhB的降解速率随着PMS剂量(0.2～0.8 mmol·L^-1)的增加逐渐增加,达到0.8 mmol·L^-1后,继续增加投加剂量(1.6～3.2 mmol·L^-1)降解速率变化不明显;随着工作pH的提高(1～13),SBC/PMS体系中RhB的降解速率逐渐降低.光谱学分析显示,热解温度的升高会使官能团减少,提高SBC本身与PMS和RhB的电子传递速率,促进RhB高效降解.淬灭实验结果显示,SBC/PMS/RhB体系中产生的主要活性氧物种为¹O₂,其浓度约为1.5×10^-10mol·L^-1.本研究有望揭示SBC活化PMS处理难降解有...     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

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.     

磁改性污泥基生物炭对猪粪堆肥及土霉素降解的影响

为探究磁改性污泥基生物炭(MMSB)对猪粪堆肥过程和土霉素(OTC)降解的影响,以猪粪和木屑为原料,将0.1 mol·L^-1和0.25 mol·L^-1浓度Fe²⁺/Fe³⁺混合溶液改性的MMSB-0.1和MMSB-0.25以10%的质量比(猪粪干基)分别添加到猪粪中进行批式堆肥试验.结果表明,与CK相比,MMSB处理均延长堆肥高温期(1～3 d),提高峰值温度(1.0～3.3℃),加速含水率(MC)下降(5.14%～7.00%).由于堆体的改善促进了腐殖质的进程,MMSB-0.1组和MMSB-0.25组的胡敏酸(HA)分别提高18.16%、10.76%,胡富比分别提高57.17%、37.75%,低剂量磁改性促进效果更佳.另一方面,MMSB的添加降低了OTC的半衰期,但由于MMSB负载了Fe₃O₄,对OTC吸附性增强,导致MMSB实验组的OTC最终降解率均低于CK,且磁改性浓度高低对此影响差别不大.Pearson相关性分析和冗余分析(RDA)表明,堆肥腐熟度...