界面化学与水力学作用下的生物炭在砂柱中的迁移特性

通过柱淋溶实验,分别研究不同离子强度或不同流速作用下,生物炭在石英砂柱中的迁移特征及驱动机制.结果表明,淋溶结束时,在高离子强度条件下,生物炭从生物炭层向石英砂柱中迁移的总质量最大,与1号柱(CK)相比,迁移质量提高了62%;主要驱动力为界面化学作用,高离子强度抑制了生物炭内部碱性物质的释放,颗粒表面双电层被压缩,降低了ζ电位,更多生物炭颗粒滞留在不稳定的第二极小势能处,易迁移出炭层.在高流速条件下,生物炭在石英砂柱中径向迁移深度最大,最大迁移深度为3.5—4 cm.主要驱动力为水力学作用,流速的增加,产生的水动力剪切力促使生物炭大聚体分散成小聚体,有利于生物炭随水流向径向深处迁移.     

生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

生物炭施入土壤后很难分离和检测，因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备¹³C标记的生物炭，研究了¹³C标记生物炭的制备方法，以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附效果和吸附机理.结果表明，脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ¹³C值，经过550℃限氧热解法制备的¹³C玉米秸秆生物炭（¹³C BC）的δ¹³C值为249.3‰，显著高于土壤（-23.5‰）及未标记的玉米秸秆生物炭（-25.7‰），具有显著的生物炭示踪效果.¹³C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似，说明脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明，¹³C标记生物炭与未标记生物炭对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同，表明¹³C标记生物炭不改变生物炭对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明，¹³C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理，均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此，脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为，同时具有显著高于土壤背景的δ¹³C值，可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.     

BC-nZVI诱导厌氧氨氧化工艺的快速启动及运行特性

厌氧氨氧化工艺的启动周期和稳定性已成为工程化应用的制约因素,铁元素可促进厌氧氨氧化菌的生长,BC-nZVI诱导下厌氧氨氧化工艺的启动与长期稳定运行特性是值得研究的课题。为此,采用液相还原法制备BC-nZVI复合材料,成功将粒径100～500 nm的nZVI负载于生物炭表面。在膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)中,BC-nZVI的投加大幅缩短了Anammox工艺的启动时间,提高了氮负荷冲击性能以及在弱酸性环境下的适应能力。通过投加30 mg·L^-1 BC-nZVI,仅需43 d即可快速启动Anammox工艺,总氮去除负荷和去除率稳定在0.22 kg·d^-1和80%以上。在BC-nZVI强化成熟的污泥体系中,浮霉菌门(Planctomycetota)和变形菌门(Proteobaxteria)占主导,其中unclassified-Brocadiaceae作为AnAOB优势菌属相对丰度达22.3%,成为绝对的优势功能菌。