富含钙/铝的污泥生物炭复合材料对水溶液中磷酸盐的吸附机制

剩余污泥富含有机物,同时也含有重金属和病原体等有害物质.以水铝钙石和剩余污泥为原料,通过共混凝和共热解技术制备生物炭以降低污泥中重金属溶出风险,并对其磷酸盐吸附性能开展研究.结果表明,污泥生物炭中的Zn、Cu、Cd和Ni浸出量随水铝钙石投加量的增加而减少.水铝钙石与剩余污泥质量比为1∶1时,共热解制备得到的富含钙/铝污泥生物炭复合材料(1∶1HB800)重金属浸出风险最低,并对磷酸盐表现出较高的吸附能力,其过程可用Langmuir吸附等温线(R²=0.93)拟合,在25℃条件下对磷的最大吸附容量为51.38 mg·g^-1.1∶1HB800对高浓度磷的吸附过程符合拟二阶动力学模型,吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.相较于中性溶液,1∶1HB800对酸性和碱性水溶液中的磷酸盐具有更好的去除效果,这与1∶1HB800中钙/铝在不同pH条件下的浸出量及铝元素的存在形式有关.FTIR、XRD、SEM、零点电位和钙/铝离子的浸出实验分析结果表明,1∶1HB800对磷的吸附机制主要是共沉淀(Ca²⁺/Al³⁺     

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...     

KOH活化鱼鳞基生物炭的制备及其对VOCs的高效吸附去除研究

以废弃生物质罗非鱼鱼鳞为原料,用 KOH一步炭化活化法制备了鱼鳞基多孔生物炭,并借助 XRD、SEM、FTIR及 Boehm等方法对所制备生物炭的孔隙结构、形貌特征及表面化学性质进行表征 .结果表明：650 ℃条件下制备的生物炭（FSBC-1）表面含有最多的含氧基团,其中酚羟基含量为 0.3102 mmol·g^-1,而 850 ℃条件下制备的生物炭（FSBC-3）具备最高的比表面积(3370 m²·g^-1)和孔容(1.91 cm³·g^-1). 静态吸附实验表明,所制备生物炭对非极性分子甲苯的吸附过程符合 Langmuir模型,而 n-layer BET 模型能更好地描述材料对极性分子丙酮的吸附 .298 K条件下,FSBC-3 对 3 kPa 甲苯的吸附量高达 12.75 mmol·g^-1,对 20 kPa 丙酮的吸附量达 16.74 mmol·g^-1. 动态吸附实验和机理分析表明,对于低浓度VOCs,所制备生物炭对非极性分子甲苯的穿...     

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...     

热解温度对浒苔基生物炭重金属特征的影响

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量较原料均有显著增加,而As和Hg含量均低于原料。总体上热解碳化可促进浒苔基生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd及As的挥发迁移趋势,但Pb则呈现富集趋势。此外,生物炭水溶态重金属含量低于原料,且热解温度与水溶态重金属含量呈负相关性,表明热解过程可降低这些重金属的溶出。     

控氧热解过程中污染稻草生物炭的组分特性及其重金属累积特征

热解是实现重金属污染生物质无害化资源化的重要手段之一.以重金属污染稻草为原料,研究了控氧热解生物炭的组分特性及其重金属的累积特征.结果表明,低氧热解可有效利用污染稻草制备生物炭,提高重金属在生物炭中的稳定性.氮气氛条件下,稻草生物炭产率为29.4%～34.9%;可溶性有机质(DOM)以类腐殖酸物质为主,其芳香化指数(SUVA₂₅₄)随热解温度升高呈先升后降趋势;生物炭中Ca主要以CaCO₃形式存在.与氮气氛相比,10%和20%(体积分数,下同)氧气氛条件下生物炭(热解残渣)的产率分别降低5.6%～13.5%和14.9%～15.7%,但pH值提高0.5个单位以上;有氧气氛加速了热解过程中木质素组分的降解,生物炭中DOM的SUVA₂₅₄值随热解温度升高逐渐降低.随热解气氛中氧体积分数提高,DOM中类腐殖酸物质向类富里酸物质转化;生物炭中Ca以CaO形式存在,这可能是导致生物炭pH值升高的原因之一.与氮气氛相比,10%氧气氛和400℃条件下,生物炭中Cu、 Cd、 Pb、 Ni和As的可交换形态占比降低了5.2%、 3.7%、...     

地质高背景区外源污染叠加条件下大白菜对Cd、Pb、Zn累积途径探究

黔西北是喀斯特重金属地质高背景区,受历史上土法炼锌影响,区域内大气降尘重金属含量高,土壤污染严重.为探究叶菜类蔬菜重金属的累积途径,以大白菜为供试作物,选择Cd、 Pb和Zn含量一致的地质高背景土壤和锌冶炼污染土壤,在锌粉厂污染区和无污染对照区进行盆栽试验,研究露天、覆膜和大棚栽培条件下大白菜重金属含量、富集系数(BCF)和转运系数(TF).结果表明,污染区和对照区大白菜ω(Cd)范围分别在0.10～1.01 mg·kg^-1和0.10～0.91 mg·kg^-1,ω(Pb)为0.31～0.62 mg·kg^-1和0.23～0.37 mg·kg^-1,ω(Zn)为7.50～32.74 mg·kg^-1和4.88～21.79 mg·kg^-1,总体上污染区重金属含量偏高,在地质高背景土壤上种植的大白菜,Cd和Pb基本达到国家食品安全标准限值的要求.受大气沉降的影响,污染区大白菜Pb和Zn含量显著高于对照区,Cd差异不明显.污染土壤弱酸溶态Cd、 Pb和Zn占比分别为48...     

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...     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度(350、450、550、650和750℃)的畜禽粪便生物炭产率、重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni)含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量(Cd除外)逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪猪粪渣牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

生物炭与氮肥复施对镉污染水稻土修复效应及机制

重金属镉(Cd)污染已严重影响土壤健康,威胁农产品生产安全利用.因此采用盆栽试验,以Cd污染水稻土为供试土壤,研究生物炭(BC)、不同氮肥施用水平2.6 g·pot^-1(N1)、 3.5 g·pot^-1(N2)、 4.4 g·pot^-1(N3)和生物炭配施氮肥(BCN1、 BCN2、 BCN3)对土壤Cd形态、水稻体内Cd富集和转运以及土壤酶活性的影响,并通过高通量测序分析土壤微生物菌群变化和微生物间复杂的相互作用关系.结果表明,生物炭配施氮肥处理下土壤Cd由活性较高的可交换态向活性低的残渣态转化,可交换态Cd含量较对照降低了6.2%～14.7%,残渣态Cd含量提高了18.6%～26.4%.单一氮肥处理增强了水稻根部Cd的富集能力,提高了22%～33.5%,单一生物炭和配施氮肥处理下水稻根部Cd的富集能力、 Cd从茎叶向稻壳和稻壳向稻米的转运系数均下降.BCN处理总体上促进了土壤酶活性(脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶),MiSeq测序显示生物炭配施氮肥提高了土壤细菌主要物种相对丰度(如Acidobacteriale...     

青岛近海不同天气下生物气溶胶中细菌浓度及存活率分布特征

细菌是大气生物气溶胶中最丰富、分布最广的微生物.利用FA-1撞击式生物采样器连续采集了2020年9月至2021年8月青岛近海大气生物气溶胶分级样品,并利用BacLight^TM试剂染色-荧光显微镜计数方法测定了死/活细菌浓度,分析其浓度与粒径的季节分布特征,并研究了雾、霾和沙尘等特殊天气对细菌浓度及粒径分布的影响.结果表明,采样期间青岛近海生物气溶胶中细菌浓度为(1.06±0.68)×10⁵ cells·m^-3,其中活细菌和死细菌浓度分别为(8.20±4.88)×10³ cells·m^-3和(9.74±6.72)×10⁴ cells·m^-3.细菌浓度分布具有季节差异,死细菌浓度春季、冬季最高,夏季最低;活细菌浓度则变现为春季最高,夏季和秋季较低,冬季最低.生物气溶胶中细菌浓度随月份存在变化,死细菌月均浓度最高值和最低值分别出现在2021年春季3月和夏季6月,而活细菌月均浓度最高值则出现在2021年春季5月,最低值在2020年冬季12月....     

亚硝氮在氯及氯胺消毒中形成三氯硝基甲烷的作用研究 ——以色氨酸为例

以溶解有机碳为5 mg·L-1的色氨酸溶液为研究对象,探索氯和氯胺消毒时,不同影响因子对亚硝氮在三氯硝基甲烷(TCNM)形成中的作用,从而识别其关键消毒因子.结果表明:NO-2的加入对TCNM的形成有明显的促进作用.对氯消毒来说,NO-2对TCNM形成的促进作用在酸性条件下(TCNM增量为11.82μg·L-1)比碱性条件下(TCNM增量为2.66μg·L-1)更为明显;而对于氯胺,却在中碱性条件下较为明显(pH=5,6,7,8,9,TCNM的增量分别为0.04、0.11、0.50、0.34、0.27μg·L-1).但不管是氯消毒还是氯胺消毒,NO-2对TCNM形成的促进作用基本随着消毒剂量、反应时间的增加而增加.由极差分析得知,氯、氯胺消毒下影响NO-2对TCNM形成的关键的因子均是pH值.     

老化对黑碳中吸附态苯酚的脱附及微生物降解的影响

采用松木基黑碳为吸附剂,考察了老化作用对吸附态苯酚的脱附及微生物降解作用的影响.苯酚吸附等温线数据采用非线性Freundlich方程拟合,脱附数据采用三位点脱附模型拟合,微生物降解试验分别在恶臭假单胞菌ATCC 11172的两种菌密度下进行.结果表明,平衡位点、非平衡位点以及不可脱附位点这三种位点在不同老化时间内都存在,其中不可脱附位点上的比例(fnd60.4%)都占绝大部分,并且随着老化时间增加,易脱附位点上的苯酚逐渐往不易脱附的位点转移;通过对连续稀释脱附数据的分析表明,脱附体系中脱附产物的不定期移除(非生物移除)能够极大地促进脱附的进行;老化时间越长,吸附态苯酚的生物可利用性越小,但同一老化时间内两组不同菌密度之间的生物可利用性并无明显的统计学差异;同时发现黑碳中不可脱附位点上的部分苯酚亦能被降解.     

碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥,研究了碱改性净水污泥对水中NH+4的去除性能.同时,考察了模拟废水pH、吸附剂投加量、NH+4初始浓度、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响.结果表明,当pH为弱酸性或中性,投加碱改性净水污泥20 g·L-1时,在室温下对初始浓度为50 mg·L-1的NH+4模拟废水振荡吸附120 min,可达到氨氮排放二级标准.将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合,发现净水污泥对NH+4的吸附符合Langmuir模型和二级动力学模型,且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理.     

生物炭影响抗生素在土壤中环境行为的Meta分析

生物炭作为一种减污降碳相协同的土壤改良剂,在抗生素污染控制方面均有较大应用前景.为了系统研究生物炭施用对抗生素在土壤中环境行为的影响,对2011～2021年发表的20篇文献进行Meta分析.结果表明,抗生素在生物炭改良土壤中的吸附、降解行为受生物炭施用量与性质的显著影响.施用质量分数为2%时,对抗生素吸附行为的影响最强,效应值为0.19;施用质量分数为5%时,对其降解作用影响显著,效应值为0.23;生物炭比表面积、极性、稳定性和芳香化程度对分配系数的增加影响非常显著,分别为0.11、0.13、0.09和0.18;而生物炭施用量和性质对抗生素迁移行为影响并不显著.生物炭还可通过调控土壤环境间接影响抗生素环境行为.但抗生素在土壤中多环境行为耦合对生物炭的响应机制仍不明确,生物炭田间施用的长效性与负面效应仍缺乏基础数据支撑.     

周村水库藻类在混合胁迫条件下的生长衰亡规律

为了探明表层藻类被混合到下层水体中受到环境条件胁迫作用后的生长衰亡规律,并为混合控藻技术提供技术依据,通过实验室模拟和现场实验研究了周村水库藻类在不同水深条件下,受光照、温度、压力等胁迫条件影响后的生长衰亡规律.结果表明,以蓝绿藻为主的周村水库藻类,在光强为32500 lx时生产速率最大,约对应于水库水深1~2 m处;温度在26℃左右比较适合藻类生长;当光照和温度一定时,随着压力的增大,藻类生长受到抑制,压力超过0.2 MPa时,藻类衰亡加速.综合水库不同水深条件下的光照、温度和压力,藻类在2.5 m水深以上净增长,2.5 m水深以下负增长,6 m水深处负增长最大,12 m水深以下负增长减小.     

中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

九寨沟世界自然遗产核心景区钙华景观的研究进展与展望

九寨沟钙华是距今约3万年(特别是1万年)以来逐渐形成的。大规模的钙华沉积是湖泊、滩流、瀑布、泉及台地景观形成的基础,覆盖核心景区2.4 km²的面积。钙华景观是九寨沟遗产地突出普遍价值——"自然美学价值"的核心,是景区的关键吸引力。为九寨沟的持续保护和为未来研究提供支持,本文从钙华沉积物、钙华景观成因、钙华景观变化及其原因、钙华景观保护恢复的角度,总结了公开和未公开发表的研究结果。针对目前钙华景观保护面临的主要问题(钙华退化、藻类生物量增加、沼泽化),本文归纳了相关的自然与人为因素,包括气候变暖、大气沉降、水化学变化、旅游活动、森林采伐、地质灾害等;归纳了地震和滑坡等地质灾害对钙华景观形成与重塑的双重作用;总结了钙华景观保护恢复的管理工作及其成效。本文提出未来可重点研究:(1)气候变化和人为活动背景下多圈层(大气、陆地生态系统、水生生态系统和基岩系统)对水体氮、磷、溶解性有机物、绿藻生物量、钙华沉积与溶蚀的影响机制及程度;(2)2017年九寨沟7.0级地震后,自然与人为干预下钙华微地貌的长期稳定性,水土流失加剧对湖泊透明度、钙华、沼泽化及美学价值的长期影响,地质灾害及其防治对钙华景观的长期效应。     

环渤海典型海域潮间带沉积物中重金属分布特征及污染评价

对环渤海11个采样点潮间带沉积物中重金属含量进行了测定,结果表明:Cu、Cr、Zn、As、Cd、Pb的平均含量分别为14.92,31.73,73.68,11.34,0.448,21.94 mg · kg^-1.与国内典型的河口和海湾比较,Cu、Cr、Zn、As处于相对较低水平,Cd、Pb处于中等水平.重金属表现出相似的空间变化规律,即高值区集中在辽东湾,次高值区在渤海湾,低值区位于莱州湾.相关性分析表明:Cr、Cu、Zn、Cd、Pb可能具有相似的输入源,As的主要来源可能与其它几种金属不同.地累积指数法评价结果显示:Cr、Cu、Zn、As属于清洁级别,Pb处于轻度污染水平,Cd处于偏中度污染.重金属元素污染程度排序为Cd>Pb>Zn>Cu>As>Cr.潜在生态危害指数法评价结果表明:重金属对渤海典型海域生态风险构成的危害程度排序为Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr.Cr、Cu、Zn、As、Pb均为低生态危害等级,Cd以中等生态危害等级为主,局部海域出现强、很强、极强生态危害等级.     

多菌种生物膜内各菌种生物量的动力学推定及验证

以Monod模型为基准,推导多菌种生物膜内各菌种生物量的推定模型.以东深供水原水生物预处理工程为研究对象,对生物填料进行静态、批量实验,推算生物膜内亚硝化菌（AOB）和硝化菌（NOB）在生物池内的沿程分布规律及其基质限制条件;进行生物膜内AOB和NOB的培养计数实验及反应器系统出水模拟,验证生物量推定结果.结果表明：多菌种生物膜内AOB和NOB生物量的动力学推定,方法简单、可行;生物膜内AOB和NOB的活性生物量沿池长均呈两头低中间高的特殊分布;膜内AOB和NOB的活性生物量分别占相应总生物量的68.2%～74.2%和25.0%～29.9%;以这些活性的AOB和NOB生物量推定结果进行反应器系统出水模拟效果相当理想.