负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

凤眼莲源生物炭对土壤As、Hg、Cd溶出特性与化学形态的影响

以我国典型水生入侵植物凤眼莲为前体制备了生物炭(BCW)和负载铁生物炭(BCW-Fe),在对其理化特性进行充分表征的基础上,系统分析了这2类生物炭对金矿冶炼区酸性复合污染土壤中As、Hg、Cd的钝化修复效果.水浸与酸浸实验表明,5%(质量分数)BCW与5%(质量分数)BCW-Fe处理分别使土壤As浸出浓度降低91.4%~91.6%和64.9%~96.8%,Hg浸出浓度由0.03~0.04μg·L-1降低至0~0.02μg·L~(-1);而2种材料对Cd的钝化优势分别出现在中性和酸性浸出条件下.重金属形态分析结果显示,2种生物炭处理均使As、Hg、Cd由植物可利用性较高的可交换态和碳酸盐结合态向较为稳定的铁锰氧化物与有机物结合态转化.其中,BCW与BCW-Fe的加入分别使可交换态与碳酸盐结合态As总量减少0.3%和3.1%,使这2种非稳态Hg总量分别减少2.3%和3.4%,使这2种形态Cd总量分别减少7.7%和14.9%.综合以上研究结果,凤眼莲负载铁生物炭提供了一种能够在我国广泛分布的酸雨沉降地区内实现对复合污染土壤中As、Hg、Cd同步稳定钝化的有效材料,与此同时,该方法有利于实现对入侵植物的有效管理和应用土地系统进行长期固碳.     

矿物改性污泥生物炭对土壤重金属浸出的影响

为研究凹凸棒石-污泥共热解生物炭对重金属污染土壤的淋溶性的影响，该文在350℃下将污泥、污泥和凹凸棒石混合热解制备2种生物炭，将2种不同生物炭施用于重金属污染土壤中进行钝化实验。钝化完成后土壤开展模拟酸雨土柱淋溶实验，研究重金属随着雨水淋溶的迁移规律，评价材料的钝化效果。结果表明：在淋溶过程中，重金属的累积淋失率呈现前期快速增长，后期持续缓慢增长的趋势，Cd、Zn、Cu、Cr、Ni 5种重金属的累计淋失率整体呈现对照>污泥生物炭>凹凸棒石-污泥共热解生物炭的趋势，共热解生物炭处理后，重金属的累积淋失率降低了11.13%～48.02%，各重金属的累积淋失率随时间的动力学方程拟合结果显示，Elovich修正方程与重金属的释放累积过程拟合相关性最好，R²为0.918～0.995，一级动力学方程的拟合相关性最差，说明重金属在土壤中的释放过程主要受到非均质表面的化学吸附影响，生物炭能够对土壤中的重金属起到较好的固定作用，从而降低重金属的淋失迁移性。凹凸棒石与污泥的共热解显示出了优于单一材料的重金属钝化效果。表明凹凸棒石-污泥共热解生物炭是一种潜在的土壤重金属钝化...     

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。     

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.     

模拟酸雨对钝化剂修复镉污染土壤效果研究

采用土柱试验和盆栽试验方法,研究模拟酸雨淋溶和水淋溶1a期间,海泡石、生物炭和有机肥对四川(SC)和湖南(HN)镉(Cd)污染农田土壤稳定效果及小白菜富集Cd的影响.结果表明:与水淋溶相比,酸雨淋溶降低SC和HN土壤淋出液pH值,增加淋出液电导率(EC)、可溶性有机碳(DOC)和Cd含量,其中SC和HN土壤淋出液Cd含量增加幅度分别为48.85%~77.16%和50.92%~73.44%;而且酸雨淋溶降低两种土壤有机碳(SOC)含量,增加土壤Cd有效态含量(CaCl₂-Cd)和溶出量(TCLP-Cd),促进土壤Cd由残渣态向酸溶态转化,SC和HN土壤残渣态Cd含量平均降低3.61%和2.81%.无论是水淋溶还是酸雨淋溶,海泡石和生物炭均能显著降低两种土壤CaCl₂-Cd和TCLP-Cd含量(P<0.05),但有机肥仅对HN土壤Cd的固定效果显著.与水淋溶相比,酸雨淋溶后抑制小白菜的生长,促进小白菜对Cd的富集.添加海泡石和生物炭后两种土壤的小白菜产量显著增加(P<0.05),且小白菜可食部位Cd含量平均降低58.85%和43.08%.酸雨淋溶后SC土壤加海泡石和生物炭处理,小白菜可食部位Cd含量均满足国家安全食用标准(GB2762-2017) (Cd≤0.2mg/kg),HN土壤仅海泡石处理的小白菜可食部位Cd含量满足国家安全食用标准.本研究表明酸雨淋溶影响钝化剂对Cd的固定效果,进行污染土壤原位修复时要关注酸雨的影响,根据污染土壤性质选择合适的钝化剂.     

施用生物炭对土壤Cd形态转化及烤烟吸收Cd的影响

采用盆栽试验模拟Cd污染土壤,研究施用烟秆炭(0、10、20 g·kg~(-1))对土壤pH、有机质含量、土壤Cd形态分布及烤烟Cd含量和Cd累积量的影响.结果表明:随着生育期的延长,土壤pH和有机质含量均呈现升高的趋势.在同一Cd污染水平下,土壤pH和有机质含量均随生物炭施用量的增加而升高.随生物炭施用量的增加,土壤有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高.移栽后30 d,处理G2T2和G2T1的土壤有效态Cd含量的降幅分别达到45.59%和24.56%.外源添加Cd的土壤中,土壤pH和有机质含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd含量呈显著负相关关系(p0.01),与土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量呈显著正相关关系(p0.01).在Cd污染土壤上,施用生物炭能明显降低烟株各部位Cd含量,烟株各部位干物质积累量随生物炭施用量的增加显著升高,烟株各部位Cd累积量和总Cd累积量随生物炭施用量的增加呈降低的趋势.由此说明,在Cd污染的土壤上施用生物炭能够使土壤中可被植物吸收利用的有效态Cd转化为潜在的无效态Cd,从而达到修复土壤并减轻作物受Cd毒害的目的.     

新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

几种有机物料对设施菜田土壤Cd、Pb生物有效性的影响

利用风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料,采集陕西关中地区设施菜田土壤,通过2014~2015年两季盆栽模拟试验,研究了3种有机物料在设施菜田土壤重金属Cd、Pb单一和复合污染条件下对Cd、Pb生物有效态等赋存形态的影响,探究风化煤、草炭和生物炭对设施菜田重金属Cd、Pb污染土壤修复的可行性.结果表明,风化煤显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量,达11.9%(P0.05),并使Pb有效态含量显著降低达83.5%以上(P0.05);对Cd、Pb的交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和分别降低了26.4%~34.4%和12.0%~34.5%.草炭显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量18.9%(P0.05),分别显著降低了Pb单一和Cd、Pb复合污染土壤中Pb有效态含量2.7%和7.2%(P0.05),对Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态三者之和分别降低了15.8%和14.6%.生物炭提高了土壤p H 0.03~0.08个单位,分别降低了Cd有效态、Pb有效态含量4.7%~15.0%和1.0%~6.8%,Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和降低了11.9%~66.6%.风化煤、草炭和生物炭使番茄地上部对Cd的累积量显著降低15.0%~38.0%(P0.05),使复合污染条件下番茄地上部对Pb的累积量显著降低17.9%~30.0%(P0.05).番茄Cd含量与土壤中Cd交换态含量呈现极显著正相关关系(P0.01).番茄Pb含量与Pb交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态三者含量之和呈现极显著正相关关系(P0.01).综合来看,风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料可以通过改变设施菜田土壤p H值和对重金属的吸附、络合等固定作用,降低土壤中Cd、Pb高活性态比例,进而减少植物对Cd、Pb的累积.     

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。     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭; B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用.结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著.污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P 0. 05),钝化率达到16. 39%～43. 10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P 0. 05).施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著.     

生物炭及炭基肥对油麦菜生长及吸收重金属的影响

以水稻土和油麦菜为供试对象,通过盆栽试验研究了水稻秸秆生物炭和炭基肥对农田土壤物理化学性质,油麦菜生长及吸收Cd,Cu,Pb和Zn的影响.结果表明,稻杆炭及其炭基肥的施入可改善土壤理化性质,除铵态氮外各项指标均明显提高,油麦菜地上部生物量呈增加趋势.油麦菜各部位Cd,Cu,Pb和Zn的含量均随处理水平呈递减趋势,且根系>茎叶,其中,高剂量炭基肥处理降低效果最佳,油麦菜茎叶Cd,Cu,Pb和Zn最高可分别降低34.78%、29.37%、46.59%和40.95%;油麦菜各部位对Cd,Cu,Pb和Zn的富集随处理水平呈递减趋势,而茎叶对Cd,Cu和Zn的转运系数呈增加趋势,稻秆炭及其炭基肥的施用均能显著减少油麦菜可食部位对Cd,Cu,Pb和Zn的吸收.     

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.     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

生物炭和鸡粪对镉低积累油菜吸收镉的影响

采用田间试验,研究在污灌菜地上施用生物炭和鸡粪对镉低积累油菜生长和镉吸收的影响,并通过重金属形态分析探讨其作用机理.结果表明,施用添加剂可提高油菜地上部产量,高剂量生物炭和鸡粪复配处理增产效果最佳,最大增产率为174%.施用添加剂可显著降低油菜地上部镉含量,其中,高剂量生物炭和鸡粪复配处理降低效果最佳,最大降低率为72.0%,使所有供试品种地上部镉含量满足食品安全标准要求.施用添加剂可显著降低土壤TCLP提取态镉含量,最大降低率为36.5%.施用生物炭和鸡粪促进土壤镉由活性高的可交换态向活性低的有机结合态或残渣态转化,从而显著降低镉的生物有效性和可迁移性.以上结果表明,种植镉低积累品种同时施用生物炭和鸡粪可以满足油菜在镉污染土壤上安全生产的需要.     

模拟酸雨下铅锌冶炼废渣重金属的静态释放特征

以株洲某铅锌冶炼废水中和渣为研究对象,开展不同初始pH值（3.0,4.5,5.6和7.0）模拟酸雨静态浸出实验,研究22d浸泡过程中废渣Cd、Cu、Pb和Zn等重金属的动态释放规律及其化学形态变化和矿物相变特征.结果表明,废渣具有较强的酸缓冲潜力,浸出液pH值稳定在6.20~6.66.Cu和Pb在浸泡初期释放较快,Cd和Zn释放相对较慢.浸出液Cd浓度随浸出时间增加而上升,Zn浓度呈波动变化,Cu和Pb浓度变幅较小.提高雨水酸度促进废渣中重金属的释放,浸出液Cd、Cu、Pb和Zn浓度范围分别为1.38~8.70,0~0.02,1.21~2.26和27.2~135mg/L,其中Cd、Pb和Zn浓度分别超过我国《铅、锌工业污染物排放标准》（GB 25466-2010）限值的26.6~173倍、1.42~3.52倍和17.1~89.0倍..重金属BCR顺序提取表明,浸出液中较高Cd和Zn浓度与其赋存高活性态比例一致,且酸雨促使残渣态Cd和Pb向活性态转化.XRD分析显示,pH=3.0酸雨处理22d后原废渣中Cd和Zn的赋存矿物相消失,PbSO₄谱峰增强,表明废渣重金属的释放受其赋存矿物相及次生矿物形成的影响.重金属释放率呈现出Cd （2.50%~15.8%）> Zn （0.41%~2.13%）> Pb （0.06%~0.10%）> Cu （0.0003%~0.11%）的趋势.自然堆存酸雨作用下废渣中Cd、Pb和Zn具有较大环境风险,需加强降雨淋滤污染防治管控.     

不同氮肥配施生物炭对镉污染土壤青菜镉吸收的影响

氮是作物生长的必需营养元素,生物炭是一种良好的土壤修复材料.以镉(Cd)污染农田土壤为对象,采用青菜盆栽试验研究尿素、硫酸铵和硝酸钙这3种氮肥配施生物炭对青菜生长和Cd吸收的影响.结果表明,施用氮肥和生物炭促进了青菜生长,与不施氮肥的对照处理相比,单施尿素、硫酸铵、硝酸钙和生物炭处理青菜生物量显著增加了5.02%～32.9%,不同氮肥配施生物炭处理青菜生物量比单施氮肥处理显著增加了8.84%～50.8%.单施尿素后土壤pH值比对照处理显著降低了0.27个单位,土壤有效态Cd含量显著增加了30.0%.单施硫酸铵后土壤pH值比对照处理显著降低了0.33个单位,青菜Cd含量显著增加了29.2%.单施硝酸钙对土壤pH值和青菜Cd含量无显著影响,而单施生物炭后土壤pH值比对照处理显著提高了0.35个单位,土壤有效态Cd含量和青菜Cd含量分别显著降低了57.4%和53.7%.氮肥配施生物炭处理土壤pH值比单施氮肥处理显著提高了0.14～0.28个单位,土壤有效态Cd含量和青菜Cd含量分别显著降低了16.5%～30.1%和15.3%～28.6%.总体来看,配施生物炭能够调节不同氮肥对污染土壤中Cd有...