不同秸秆材料与制备工艺下生物炭性质及对土壤重金属的钝化效应

以芦苇、玉米秸秆为原材料,采用正交实验设计方法制备不同处理生物炭,并将其应用到重金属污染土壤修复中,以寻求最佳的生物炭制备工艺并探讨其对土壤中Cd和Pb的钝化效果.结果表明,对生物炭制备影响最大的因素是炭化温度,温度升高会使炭产率下降,pH和灰分含量增加,比表面积在一定范围内也会大幅增加;其他因素如原料含水率、升温速率...     

玉米秸秆生物炭对水稻不同生育期吸收积累As、Cd的影响

近年来稻米As、Cd含量超标的事件屡有发生,稻米质量安全问题日益突出。通过盆栽种植水稻,向As、Cd复合污染土壤中分别添加质量分数为1.00%的玉米秸秆粉末(CS)和不同温度(300、400、500℃)下制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500),分析水稻分蘖期、抽穗期及成熟期各部位或器官中As、Cd含量变化,探讨不同处理对复合污染土壤水稻产量的影响。结果表明,不同时期水稻As、Cd含量分布规律为:根部茎部叶部糙米;玉米秸秆粉末和玉米秸秆生物炭的添加能一定程度上阻碍土壤As、Cd向水稻迁移,与CK相比,各处理均能显著降低不同时期水稻各部位Cd的含量(P0.05),CB-500处理在三大关键生育期处理效果最佳;玉米秸秆生物炭的施加能降低不同时期水稻各部位As的含量,但各处理未达到显著水平;水稻产量方面,与CK相比,生物炭处理和秸秆粉末处理使水稻增产6.93%~55.36%。研究结果可为生物炭对砷镉复合污染土壤的治理与水稻安全生产提供理论依据和数据支持。     

秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程机理与影响因素

土壤重金属污染因其隐蔽性、滞后性及对环境和人体健康的危害性,已引起广泛关注。生物炭因具有较大的孔隙率、比表面积及丰富的表面官能团,常用来修复重金属污染土壤。秸秆作为农业废弃物,将其制备为生物炭是其资源化利用和减少环境污染的有效途径。因此,本文综述不同秸秆生物炭的原料、制备技术和改性方法等对吸附重金属的影响,探讨其对重金属的吸附机理以及修复重金属污染土壤实际应用效率与影响因素,包括：(1)秸秆种类及制备温度对生物炭特性和重金属污染土壤修复效率的影响;(2)秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程与机理;(3)可提高生物炭修复重金属污染土壤效率的改性技术及其实际应用效率和影响因素。并结合秸秆生物炭制备和应用中存在的问题提出展望,以期为提高秸秆生物炭在重金属污染土壤修复效率,实现农业废弃物资源化回收利用,减少环境污染提供理论基础和技术参考。     

石油污染土壤的微生物修复及土壤微生物活性变化

为快速有效地测定石油污染土壤中功能性微生物的活性变化,分别以石油烃、正十六烷烃、多环芳烃为自定义碳源,应用Biolog法研究油污土壤生物修复过程中石油烃、烷烃、多环芳烃降解菌的代谢活性.结果显示,向油污土壤中投加混合降解菌群进行生物强化修复处理,可以有效去除土壤中的石油烃,修复13周土壤中石油烃去除率达到42.3%;生物刺激和自然修复对土壤石油烃的去除率分别为28.3%和20.5%.Biolog测定结果表明,生物强化法修复初期的土壤微生物群落对石油烃、烷烃两种碳源的代谢能力较强,而生物刺激法修复后期的土壤微生物群落对烷烃有较强的代谢能力;不同处理的土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的碳源是石油烃,其次是烷烃,而对多环芳烃几乎不利用;土壤中石油烃、烷烃降解菌的活性越大,土壤微生物对石油烃的去除效率越高.上述研究结果说明,通过利用Biolog法测定土壤微生物活性变化可有效指示土壤中石油烃的去除效果.     

生物质炭-过氧化氢联合修复对火电厂土壤性质与小白菜生长的影响

本文建立了一种利用生物质炭并结合过氧化氢对火电厂多环芳烃(PAHs)污染土壤的修复方法.采集诸城火电厂多环芳烃污染土壤为研究对象,采用盆栽试验的方法,研究了不同梯度生物质炭与过氧化氢配合施用修复多环芳烃污染土壤,对小白菜生长指标及土壤多环芳烃含量的变化.结果表明,合理施用生物质炭配施过氧化氢能促进小白菜生长,有效降低土壤和小白菜中多环芳烃含量.与T1(不施生物质炭)对比,生物炭处理的小白菜生物量增加8%—15%,叶绿素SPAD值增加25%—50%,荧光参数和光谱反射率有一定提高,小白菜和土壤多环芳烃含量显著减少.同时,使污染酸化土壤pH值提高了0.2—0.6个单位,土壤有机质含量提高了9.5%—45.6%,碱解氮、速效磷与速效钾等养分有一定量的增加.其中,T7(0.5‰H_2O_2+2‰生物质炭)处理修复效果最好,供试蔬菜和土壤中多环芳烃去除率分别达到了69.6%和58.8%.其次是T3(2‰生物质炭)处理,供试蔬菜和土壤中多环芳烃去除率分别达到了42.9%和54.6%,也具有较好的去除效果.因此,可推荐在修复实践中参考应用.     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350~500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明:生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2+和Pb2+的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg(6 g.L-1)时,3种生物黑炭对溶液Cd2+的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2+的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

生物炭修复土壤重金属污染的研究进展

生物炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。近年来,生物炭在污染环境修复方面得到广泛关注,已成为当前环境科学的研究热点。文章综述了近年来国内外有关生物炭修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了生物炭对土壤修复的潜力,阐述了生物炭对于土壤重金属生物有效性的影响。相关研究发现,不同来源及裂解温度制备的生物炭对土壤重金属修复的效果不同,不同类型土壤重金属对于生物炭的响应亦非常复杂,从而呈现出各异的土壤重金属修复效果。生物炭对重金属生物有效性的影响源于改变土壤p H、影响土壤有机质含量,改变土壤氧化还原电位及土壤微生物群落组成等多种机制的协同作用,同时生物炭在对重金属的吸附方面扮演着重要角色。生物炭对土壤重金属修复的影响效应取决于生物炭的特性和施用量、土壤肥力和性质、以及重金属种类等因素。因此,必须根据不同土壤的主要重金属污染类型,选择合适的生物炭,以期得到较好的土壤改良效果。今后应加强生物炭在农田土壤改良以及农作物生长方面的研究与应用,进一步探索生物炭在重金属污染土壤中发生的生物和化学反应机理,并且要对生物炭的施用效果进行野外长期定位研究。     

两种油料作物秸秆生物炭对土壤中铅的钝化修复

随着经济的发展和工业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益严重,而利用比表面积大、孔隙结构丰富的环境友好型材料生物炭对重金属污染土壤进行钝化修复具有重要的现实意义。采用人工模拟铅污染土壤进行培养试验,以3%的比例分别施加油菜(Brassica campestris L.)秸秆生物炭(BRS)和胡麻(Sesamum indicum)秸秆生物炭(BFS),研究了两种生物炭对铅污染土壤中Pb形态变化的影响。通过施加生物炭后土壤pH、阳离子交换量(CEC)、土壤有机质(SOM)的变化,结合扫描电镜(SEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积及孔径分析和X射线衍射(XRD)等表征手段对生物炭进行形貌和结构分析,探讨了两种生物炭对土壤铅的形态转化影响机制,为生物炭修复铅污染土壤提供科学依据。结果表明,与对照组相比,施加BRS和BFS后土壤pH值分别升高了0.79和0.98,CEC分别升高了13.97 cmol·kg~(-1)和15.92 cmol·kg~(-1),SOM分别升高了31.031 3 g·kg~(-1)和36.247 7 g·kg~(-1),但均未达到显著性差异;碳酸盐结合态铅含量降幅最为显著,分别为10.89%和9.7%,可交换态、铁锰氧化物结合态和有机态铅含量略有降低,而残渣态铅含量增幅较大,分别达到了18.01%和17.56%。铅形态变化是土壤pH升高、CEC及SOM含量增加共同作用的结果。可交换态、碳酸盐结合态铅含量与土壤pH、CEC、SOM达到极显著相关。综上,两种生物炭对铅污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350-500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明：生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2＋和Pb2＋的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg（6 g.L-1）时,3种生物黑炭对溶液Cd2＋的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2＋的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

石油烃污染土壤联合修复技术研究进展

随着石油的开采和使用,土壤石油烃污染的问题已经十分严峻,研究绿色、高效、低成本的修复技术对于污染土壤修复具有重要意义.通过总结了物理、化学和生物修复技术对石油烃污染土壤的修复效果、影响因素以及优缺点,并针对以上技术的局限性,归纳整理电动-化学氧化、电动-微生物修复、表面活性剂淋洗-生物修复、预氧化-生物修复、植物-微生...     

生物炭负载纳米零价铁材料的制备及还原降解性能

选取花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆为原料制备不同种类生物炭,合成不同生物炭负载纳米零价铁复合材料(BC/n ZVI)。采用比表面积分析、扫描电镜等多种表征方法获得不同BC/n ZVI的物理化学和结构性质,测试BC/n ZVI对水溶液中典型有机氯农药γ-六六六的还原降解效果。结果表明,花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆均在300℃制备条件下有较高的产率和较好的吸附效果;制备的BC/n ZVI颗粒呈球状结构,以花生壳BC/n ZVI分散性为最好;在水相实验中,添加BC/n ZVI对γ-六六六的去除效果优于单独添加生物炭或者纳米零价铁的效果;3种生物炭基材料中,花生壳BC/n ZVI对水相γ-六六六6 h的去除率为87.53%,反应体系中污染物总降解率达82.33%。     

秸秆生物质炭对淹水砖红壤中Cu~(2+)钝化效果的影响

秸秆生物质炭在旱作条件下可通过络合重金属阳离子、提高土壤pH值等途径降低重金属活性和有效性,但是淹水条件下生物质炭对重金属形态的影响研究较少。以30 g·kg~(-1)施用量将不同温度条件下制备的油菜和花生秸秆生物质炭及商品活性炭添加到广东徐闻砖红壤中,并添加5 mmol·kg~(-1)Cu(NO_3)_2和20 g·kg~(-1)葡萄糖,淹水培养49 d,采用连续提取法分级提取不同形态Cu~(2+)并研究其动态变化。结果表明,添加活性炭、400℃条件下制备的油菜秸秆炭和300、400、500℃条件下制备的花生秸秆炭后,淹水培养初期土壤溶液pH值比对照组明显增加,酸溶态Cu~(2+)含量显著降低,还原态和氧化态Cu~(2+)含量有所升高。随淹水时间增加,土壤pH值逐渐降低,导致生物质炭处理土壤中酸溶态Cu~(2+)含量显著升高,生物质炭对Cu~(2+)的钝化效果逐渐减弱并消失,还原态和氧化态Cu~(2+)含量降低。在49 d培养时间内残渣态Cu~(2+)含量变化不大。淹水条件下生物质炭对砖红壤中Cu~(2+)的钝化效果并不持久,甚至由于生物质炭中有机物质分解而产生更多有机酸,导致淹水后期生物质炭处理砖红壤pH值较对照低,反而提高了Cu~(2+)的活性和生物有效性。     

不同秸秆生物炭对露天煤矿排土场土壤微生物数量和酶活性的影响

采用盆栽实验研究了水稻秸秆和玉米秸秆两种生物炭在1%、3%、5%的3种用量下对露天煤矿排土场土壤紫花苜蓿干重、土壤微生物数量和土壤酶活性的影响规律.结果表明,紫花苜蓿的出苗率和干重随着生物炭用量的增加而提高,其中5%用量的水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭分别将紫花苜蓿干重显著提高了42.54%和27.63%.3%和5%用量的生物炭显著增加了土壤细菌、真菌、放线菌数量,土壤真菌与细菌数量比值,土壤过氧化氢酶、淀粉酶、蛋白酶、脱氢酶活性,显著降低了土壤磷酸酶活性,显著提高了表征土壤肥力质量的土壤肥力生物指数(BIF)和酶活性指数(EAN),其中5%用量的水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭将BIF分别提高了125.94%和84.67%,将EAN分别提高了109.71%和66.93%.两种秸秆生物炭之间比较,在各用量下水稻秸秆生物炭处理的紫花苜蓿出苗率、干重,土壤微生物数量和土壤酶活性均高于玉米秸秆生物炭处理,其中5%用量下,水稻秸秆生物炭处理的出苗率,细菌、真菌、放线菌数量,蛋白酶、脱氢酶活性,BIF、EAN比玉米秸秆生物炭处理显著提高了26.11%、24.71%、30.23%、30.38%、27.37%、24.44%、22.35%、25.63%.综上所述,生物炭能够提高排土场土壤的生态质量,进而增加了紫花苜蓿产量,其中5%用量的水稻秸秆生物炭效果最好.     

生物炭中可溶性组分对其吸附镉的影响

为研究生物炭中可溶性组分对生物炭吸附重金属的影响,以玉米秸秆和松木屑为原材料,采用限氧升温炭化法,分别于200、400和600℃下制备生物炭,并通过批量吸附实验研究生物炭对镉的吸附特性及去除可溶性组分对其吸附Cd²⁺的影响。研究结果表明,随热解温度升高,生物炭的碳化程度增加,pH值增大,比表面积逐渐增大,含氧官能团数量减少,矿物组分不断富集,溶解性矿物离子K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和PO₄^3-含量降低;去除可溶性组分后生物炭的pH值下降,溶解性矿物离子含量明显降低。LM模型更适合于对松木生物炭和200、400℃下制备的玉米秸秆生物炭吸附Cd²⁺的数据进行拟合,而FM模型更适合于拟合600℃下制备的玉米秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附数据。玉米秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附量(29.58—12.21mg·g^-1)高于松木生物炭(1.72—4.14 mg·g^-1)...     

微生物修复石油污染土壤的生态毒性指示

发光菌的相对发光度和植物光合色素含量以及土壤酶活性是土壤石油污染程度和生态毒性强弱的综合反映。为探究不同生物指示方法对石油污染土壤生态毒性的指示效果以及污染土壤在生物修复过程中毒性的变化规律,采用前期筛选分离的三株对石油烃具有良好降解效果的降解菌构建混合菌体系,开展石油污染土壤模拟微生物修复实验。文章首先以明亮发光杆菌为指示生物考察不同修复时期土壤生态毒性,并以高等植物毒性试验以及土壤酶活性试验结果作为辅助证据从生态学角度揭示修复过程中石油污染土壤生态毒性的变化,并分析了以上3种指示方法的一致性。结果表明,该混合菌能高效降解对石油烃污染物,污染土壤经40 d修复后,石油烃污染物浓度从5 000 mg·kg-1降到1 781 mg·kg-1,去除率达到64%。高等植物生态毒性试验、土壤酶活性试验与发光菌生态毒性试验结果呈现良好的一致性,石油污染土壤的生态毒性随着微生物修复过程的进行呈先上升后下降的趋势。具体而言,修复初期的土样对小麦光合色素含量的抑制作用最大,叶绿素a含量相对于对照组降低了39.3%,仅为(1.36±0.04)mg·g-1;土壤过氧化氢酶酶活性与石油烃残留量呈极显著负相关关系(-0.973);污染土壤生态毒性在修复的第8天达到最大,其二氯甲烷/二甲基亚砜浸提液中发光菌的相对发光度为18.1%,与0.187 mg·L-1 Hg Cl2的毒性相当。明亮发光杆菌的相对发光度和小麦光合色素含量以及土壤过氧化氢酶活性能较好地指示石油污染土壤在生物修复过程中的生态毒性,可作为石油污染土壤微生物修复效果的指示生物。     

凤仙花种子包衣载体固定化微生物修复石油烃污染土壤的效应

土壤石油烃污染已成为全球环境问题之一。生物修复技术具有绿色、低碳、低成本的显著优点,发挥植物和微生物的协同作用是提高有机污染土壤修复效率的重要途径。为了提高植物在污染土壤中的存活率以及保持微生物的活性,以观赏园艺植物凤仙花(Impatiens balsamina L.)作为修复植物,结合种子包衣技术和微生物固定化技术,使用包衣材料海藻酸钠10.0g·L^-1膨润土35.0 g·L^-1以及生物炭8.00 g·L^-1,交联剂氯化钙50.0 g·L^-1,采用包埋-交联法先对凤仙花种子包衣处理,然后以凤仙花种子包衣为载体固定化石油烃高效降解菌琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii,Hsr2a),通过盆栽试验,研究在总石油烃(Total petroleum hydrocarbons,TPHs)质量分数为10.4 g·kg^-1的条件下,凤仙花种子包衣载体固定化微生物对土壤TPHs去除率的影响。结果表明,经过40 d盆栽修复,包衣处理的凤仙花较裸种凤仙花植物长势更好。通过对比不同...     

老化玉米秸秆生物炭对碱性农田土壤氨氧化作用的影响

为探明老化(自然老化、高温老化、冻融循环老化)玉米秸秆生物炭对黄土高原碱性农田土壤氨氧化作用的影响,以玉米秸秆粉末和新鲜玉米秸秆生物炭为对照,在分析不同材料基本特性的基础上,将其按2%(质量比)与土壤充分混匀,开展为期85 d的室内静态土壤培养实验,研究土壤氨氧化速率、氨氧化细菌数量、无机氮含量和p H的动态变化。结果表明,将玉米秸秆400℃热解制成生物炭后,其p H增大4;与新鲜玉米秸秆生物炭相比,老化作用(自然老化、高温老化和冻融循环老化)使生物炭的p H分别降低0.30、0.50和0.99,表面羧基数量分别增加0.031、0.236和0.376 mmol·g~(-1),比表面积分别增大3.43、2.19和0.99 m~2·g~(-1)。室内培养实验表明,碱性农田土壤的氨氧化作用主要源自微生物氧化。土壤培养1周以后(稳定期),同一采样时间点,与玉米秸秆粉末和新鲜玉米秸秆生物炭相比,自然老化、高温老化和冻融循环老化玉米秸秆生物炭均提高了土壤的氨氧化速率(分别介于95.4~138.1、112.6~152.0和137.8~167.8 nmol·g~(-1)·h~(-1))和氨氧化细菌数量(分别介于3.16×10~5~6.65×10~5、3.55×10~5~7.06×10~5和3.35×10~5~8.01×10~5 g~(-1)),促进程度表现为冻融循环老化生物炭高温老化生物炭自然老化生物炭。在整个培养过程中,各处理土壤NH_4~+-N含量随培养时间延长呈降低趋势,NO_3~--N和NO_2~--N含量呈增加趋势。该研究有助于加深理解老化玉米秸秆生物炭还田对碱性农田土壤氨氧化作用的影响,对土壤氮肥生物有效性的提高有指导意义,可为生物炭在黄土高原地区的农业工程应用提供理论借鉴。     

添加农作物秸秆炭对红壤吸附Cu(Ⅱ)的影响

为考察秸秆生物质炭在重金属污染红壤修复中的作用,用一次平衡法研究了由花生秸秆、大豆秸秆、稻草和油菜秸秆制备的4种生物质炭对采自江西和广西的2种红壤吸附Cu(Ⅱ)的影响及其机制。结果表明,添加由农作物秸秆制备的生物质炭提高了红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量,生物质炭对Cu(Ⅱ)吸附的促进作用随生物质炭添加量的增加而增加,低pH值条件下促进作用更明显。pH值4.0和w为2%生物质炭添加水平下,油菜秸秆炭、花生秸秆炭、大豆秸秆炭和稻草炭使江西红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量较对照分别增加97%、79%、51%和54%;花生秸秆炭和大豆秸秆炭使广西红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量较对照分别增加61%和44%,当生物质炭添加水平w达4%时,Cu(Ⅱ)吸附量的增幅达97%和165%。生物质炭表面带负电荷,可以同时增加红壤对Cu(Ⅱ)的静电吸附量和专性吸附量,但以增加专性吸附为主。因此,添加秸秆生物质炭可以有效降低Cu(Ⅱ)在酸性红壤中的活动性和生物有效性。     

中国农业固体废弃物秸秆的资源化处置途径分析

对中国近年来以秸秆为代表的农村种植固废的污染和危害做了简要说明,提出了两大类资源化处理处置技术:生物质资源化利用和生物炭资源化利用,并对各种资源化技术进行了初步的分析和比较。由于农业秸秆具有一定的元素和结构组成,是一种优良的生物质材料,可以通过秸秆肥料化、饲料化、生物质塑料技术、生物质能燃料转化和作为化工原料及建材来实现生物质的利用。同时由于秸秆可以转化为生物质炭,生物质炭具有固定大气碳素、改善土壤结构、修复受污染土壤、固持营养元素及提高作物产量的作用,因此生物质炭资源化利用也是很好的秸秆处置途径。文章对秸秆的资源化处理途径进行了总结和分析,指出了目前存在的不足和将来可能发展的方向。     

基于化学氧化法修复石油烃污染土壤研究进展

石油作为现代工业的血液,被广泛应用于各行各业.但是,其带来的环境污染问题不容忽视,尤其是泄漏等生产事故诱发的土壤污染.化学氧化法因具有修复效能高、成本低及操作便利等优势,常用于石油烃污染土壤修复.本文重点综述了基于过氧化氢和过硫酸盐的高级氧化技术修复石油烃污染土壤过程中常用的活化剂、强化措施、关键影响因素及其效能;汇总了其他氧化剂在修复石油烃污染土壤方面的效果;分析了不同高级氧化技术应用于石油烃污染土壤修复的优缺点;展望了化学氧化法修复石油烃污染土壤未来的发展方向与挑战.