生物炭去除土壤重金属研究进展

针对生物炭作为新型土壤改良剂的研究进展,介绍了生物炭制备方法,分析了生物炭与土壤重金属作用机制,探讨了生物炭联用技术.分析认为:原料、热解温度、热解时间等制备条件对生物炭去除重金属效果有不同程度的影响,热解温度影响程度最高,可以通过优化热解温度等条件制备生物炭;生物炭与土壤重金属间有直接和间接两种作用方式,不同生物炭与...     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

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.      

稻草生物炭对土壤中Cd2+和Pb2+的吸附特性

为了探究稻草生物炭对土壤中重金属Cd2+和Pb2+的吸附机制,采用水稻秸秆在500℃下热解制备稻草生物炭,设置不同吸附时间、Na+和Ca2+离子强度、pH等影响因素,拟合稻草生物炭对重金属的吸附动力学、吸附等温线;在此基础上,采用黄沙模拟土柱试验得出稻草生物炭固定Cd2+和Pb2+的穿透曲线,着重分析比较pH和Na+离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属的影响.结果表明:在高pH、低离子强度下,稻草生物炭对重金属的吸附效果较好;当pH为6时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附效率分别为92.58%、63.36%;当离子强度为10 mmol/L时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的最高吸附效率分别为97.58%、68.35%;准二级动力学模型能很好地拟合稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附规律,拟合系数（R2）均大于0.995 8,表明稻草生物炭吸附速率主要由化学吸附机制决定;此外,稻草生物炭对Pb2+的吸附规律适合采用Langmuir等温吸附模型进行描述,而对Cd2+的吸附规律采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能进行很好的模拟,表明稻草生物炭对Pb2+的吸附是近似单分子层吸附,而对Cd2+的吸附存在多分子层吸附.由黄沙土柱模拟试验结果得出,稻草生物炭对Pb2+和Cd2+的滞留率随着pH的升高和离子强度的降低而增强.在Pb2+和Cd2+同时存在条件下,当pH为6、离子强度为1 mmol/L、稻草生物炭按黄沙质量的0.5%投加时,稻草生物炭对土柱中Pb2+、Cd2+的滞留效果最好.研究显示,高pH对稻草生物炭吸附固定重金属起到促进作用,而高离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属起到抑制作用.      

生物炭技术缓解我国温室效应潜力初步评估

热解制备的生物炭在实现了将植物吸收的大气CO2封存在土壤中的同时,还将产生多重农业生产效应.在调查我国农林废弃物资源可利用潜力的基础上,利用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法对热解生物炭技术在缓解温室效应方面的潜力进行了初步评估.研究表明,我国每年可供生物炭生产的农林生物质资源总量为6.04×108t;温室效应净潜力(以CO2e计,CO2e为CO2当量)为5.32×108t,相当于每t原料可封存0.88 t.在整个温室效应潜力中,贡献最大的是大气CO2以生物炭形式在土壤中的封存,约为73.94%,其次是副产物可更新能源生产所产生的温室效应潜力,占总潜力的23.85%.由此可见,以农林废弃生物质资源为原料热解制备生物炭的技术对于缓解我国严峻的温室气体排放压力具有巨大的潜力.     

市政污泥热解过程中重金属迁移特性及环境效应评估

以昆明某市政污泥为原料,研究生物炭制备过程中重金属Fe、Zn、Mn和Ni的迁移特性,并基于其潜在环境风险确定污泥基生物炭制备的最佳热解温度.本实验选择总量较高的4种重金属Fe、Zn、Mn和Ni,采用BCR提取法测定不同热解温度下4种重金属的形态和含量变化,得到各金属的形态分布变化规律和迁移路径,利用潜在生态风险指数（PERI）和风险评估代码（RAC）对污泥基生物炭进行环境风险评估.结果表明,4种金属的易挥发程度排序为Zn > Mn > Fe > Ni,4种金属形态分布情况和变化规律各不相同,但迁移路径具有共通性.在低温热解阶段,不稳定形态向稳定形态转化;随着温度的升高,可氧化态和残渣态逐步分解破碎,部分逸散到大气中,部分形成可还原态.在环境风险评估方面,高温条件（>500℃）下制备的生物炭环境风险较低,500℃制备的生物炭经济性最好.     

秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征

作为药品和个人护理产品（PPCPs）中用量最大的一类,对乙酰氨基酚广泛存在于水环境中,具有潜在的环境风险;因此,有必要对其去除机制开展研究.基于我国农业秸秆资源高值转化的需求,通过热解制备秸秆生物炭吸附净化水中对乙酰氨基酚具有良好的应用前景.然而秸秆生物炭对对乙酰氨基酚的吸附过程和机制尚不清楚.选用4种秸秆（稻秆、麦秆、玉米秆和大豆秆）作为原料,通过热裂解在400℃和500℃制备生物炭,进行序批吸附实验,同时研究腐殖酸和pH对吸附过程的影响.结果表明,基于Freundlich模型和位置能量分布模型可知,500℃生物炭对对乙酰氨基酚的吸附量显著高于400℃生物炭（吸附系数K_F高出1.16~2.53倍）,且具有较多的高能吸附位点.高温热解生物炭的主要吸附机制为孔道吸附和π-π作用;低温热解生物炭的主要吸附机制为表面氢键作用.腐殖酸对对乙酰氨基酚在生物炭上的去除具有协同效应,这归因于所选腐殖酸具有一定芳香性,可促进与对乙酰氨基酚的相互作用.pH升高抑制生物炭吸附主要归因于对乙酰氨基酚团聚.吸附机制研究表明,可通过提高热解温度促进对乙酰氨基酚在秸秆生物炭上的孔道吸附和π-π作用;腐殖酸和pH影响研究表明,秸秆生物炭与对乙酰氨基酚的相互作用不受腐殖酸影响,在低pH环境下也具有良好吸附性能.     

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%、...     

水稻秸秆热解生物炭固碳潜力估算

中国是世界秸秆资源最丰富的国家之一,2007-2009年年均产量达到7.35亿t,其中约有21%秸秆露天焚烧,不仅是资源浪费,同时也加剧了温室效应。据估计农田土壤固碳潜力占自然固碳潜力巨大,通过合理的土壤管理措施可以增加土壤固碳能力60%~70%,高效利用秸秆资源就是其中很有效的一种管理方式。生物炭是废弃生物质材料热解产生的一类碳含量极高并具有一定的化学或生物学惰性的混合物,应用于土壤后其所具有的碳汇功能成为了近年来的研究热点。文章以2012年中国露天焚烧的水稻秸秆为原料,采用生命周期评价方法对水稻秸秆热解生产生物炭并还田过程的固碳潜力进行评估,结果显示"水稻秸秆-生物炭-还田"模式固碳潜力主要分为3个部分:(1)代替化石燃料燃烧排放7.78×10~6t;(2)土壤封存36.45×10~6t;(3)增加作物生长固碳3.46×10~6t,CO_2总固定量为47.69×10~6t。计算得到每热解1 t水稻秸秆将固定1.34 t的CO_2。根据评估结果认为热解水稻秸秆生产生物炭具有巨大的固碳潜力,这种模式可以推广处理农业废弃秸秆资源,以应对日益加剧的温室效应。     

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

环境监测在环境监理中的地位和作用

环境监理为实现宏观决策目标从事现场监督、检查与处理,环境监测则为实施和执行决策目标提供技术支持和服务,二者间具在相互协助、相互依靠、相互支持和相互制约的关系.     

国内外在线环境保护信息资源的获取与检索利用策略

通过访问国内外环境资源保护与相关法律方面的约200余家主要网站,根据最新在线环境保护信息资源的来源、内容、特点以及资源的权威性、可靠性及功用,对国内外环保管理部门、法律与法规、可持续发展、环境监测与监理中心、科研机构、生态保护、环境宣传等方面信息资源进行了收集、分析、筛选、整合、分类整理,将其分为十大类,选择有代表性的在线资源做一浅析,在重要网站的介绍上略有侧重,最后提供一些本人在实践中积累的关于在线环境保护信息资源检索利用策略与技巧,以供与环境保护打交道的各界专业人士以及广大公众朋友获取与利用.     

战略环境评价及其应用初探

本文概述了战略环境评价的概念、产生原因、研究现状及其工作程序，结合川南矿肥工程项目对它进行了应用初探 ，提出了计划、规划层次SEA的方法和指标，并对我国环评工作提出了建议。     

环境压力指标及应用

 基于国家尺度的社会代谢物质流、地理面积、净生态面积和标准生态面积,构建出测度本国环境所承受的环境压力总量指标体系——环境载荷和环境压强;对中国、德国、荷兰、奥地利、日本和美国等6个国家的环境载荷和环境压强进行了若干年的实证计算和对比分析.结果表明,虽然美国的人均环境载荷、人均物质总需求及人均生态足迹赤字等均是各国最高者,其环境压强却处于低位,与奥地利相近;中国的人均指标虽然低,其以标准生态面积计算的环境压强却是6国中最高者;以环境压强指标测度,5个发达工业国的经济发展与本国环境压力之间在研究期显示出不同程度的“脱钩”关系,即本国环境压强并没有随经济总量的增长而增加;中国的环境压力却呈现明显的上升态势.同时就环境问题的公平性和环境压力指标的优缺点进行了简要讨论.     

环境灾害的基本特征与原理初探

由自然条件和人为因素共同导致的环境灾害正日益引起人们的关注,环境灾害的发生与发展机制,环境灾害宾一般原理和特征,以及控制和防止环境灾害的原理和方法,都是重要的研究内容,特别是经济高速发展的条件下,如何处理好经济与环境之间的关系,消除发生环境灾害的潜在原因,以及在环境灾害发生以扣如何减轻环境灾害的影响等都是环境灾害学的研究对象。     

环境监理与环境执法

环境监理是一种新的环境管理实践，它适应了建立社会主义市场机制、机构改革和强化环境执法的需要。环境执法是健全环境法制、加强环境管理的重要手段，它具有自身的特点。当前，要加强环境执法，一是加强征收排污费，二是健全执法机构，三是制订合理的工作程序。     

发挥地理学科优势，加强环境教育

地理教学是中学开环境教育的主要途径，必须充争发掘地理教材中的环境科学知识,通过开设专题讲座，开设选修课，组织参观调查和参加环保实践等方式，将环境教育持之以恒地进行下去。     

环境风险评价与环境风险管理

环境风险评价包括源项分析、环境途径、风险评价和风险管理4部分.环境风险管理的目的是在行动方案效益与其实际或潜在的风险及降低风险的代价间谋求平衡, 它是政府的职责,包括制订风险管理计划和防范措施.     

案例城市环境基本公共服务与现状比较研究

日益严重的环境问题带来了越来越多的关注度,同时,以为公众提供良好的环境质量为目标的环境基本公共服务,也逐步进入人们的视野。环境基本公共服务是由政府或主要由政府提供的,保障公民最基本的环境权益的服务,包括环境基本公共硬服务和软服务两大方面,其内涵主要由公众、政府、相关企业三方之间的相互供求关系而决定。以环境基本公共服务的具体承载单元———城市为依托进行案例研究,选取纽约、新加坡、广州三所城市进行环境基本公共服务现状对比,结合中国环境基本公共服务外延性不足和无差别受益性两大特点,为中国加强环境基本公共服务水平提供建设性意见。     

论环境安全教育的内涵及其在环境灾害防治中的作用

环境安全已经成为当前环境问题的热点而日益受到人们关注,建立和实施环境安全战略已成为当前环境保护的迫切任务.环境安全教育是实施环境安全战略的根本途径,在维护环境安全、防治环境灾害中具有重要作用.文章分析了环境安全教育的内涵、在分析比较当前安全教育和环境教育内涵的基础上,对环境安全教育的内容和特征作了深入探讨,并分析其在环境保护和环境灾害防治中的重要作用.最后文章针对当前我国环境教育和安全教育的实际情况,提出有效实施环境安全教育的途径和方法.