生物炭在典型土壤汞污染农田治理修复的实验研究

发布时间：2020-08-12 12:03

【摘要】：随着我国农田土壤汞污染问题的不断扩大和污染程度的加剧,对重金属汞污染土壤的修复已成为社会当前的首要任务,汞污染也成为研究的热点。但由于汞的特性,长期停留在土壤中,微生物无法降解,目前没有适宜的修复技术。生物炭材料具有比表面积高、丰富的含氧官能团、较高pH值等特性,适宜作为为重金属吸附钝化材料,同时具备吸附效果突出、生产成本低、固废资源化利用等优点,同时又可作为土壤改良剂,提升土壤肥力和持水能力。我们利用生物吸附材料对汞污染农田开展研究。本研究以贵州万山汞矿区万山镇核桃树和熬寨村两农田土壤为治理修复的目标,选取了不同原材料制备的生物炭作为钝化材料。首先进行了生物炭材料的基本表征,又通过土壤培养实验和小白菜盆栽实验研究了添加不同生物炭对土壤的基本理化性质的影响及有效态汞吸附规律并采用抛物线扩散方程、Elovich方程、权函数方程、Freundlich修正式、指数方程进行拟合;土壤汞有效态与土壤pH、生物炭添加比例之间的相关性,土壤汞有效态与小白菜的根、茎叶及两者之和的汞含量进行相关性分析,并结合生物炭材料的特征分析植物体内汞含量降低的因素;以土壤有效态汞含量、植物体内的汞含量两种指标为依据,最终筛选出钝化效果的核桃壳生物炭。为了解该生物炭吸附土壤重金属汞的稳定性,故对其进行土壤淋溶试验。经上述实验分析,得到以下几点主要结论:1.辣椒秸秆、稻壳、核桃壳、松木、稻杆5种生物炭的pH值均在8以上,呈现不同的碱性,椰壳生物炭pH值为4.35左右,呈现酸性;不同生物炭主要含有C、O两种元素,C含量基本在70%~90%,O含量分布在5%~20%,辣椒秸秆、稻壳的氧元素含量比其他生物炭的高,原因是含有丰富的含氧基团;核桃壳、椰壳生物炭均具有微孔洞,具有较大比表面积;红外光谱图表明不同类型的生物炭的表面基团种类大致相同,主要含-OH、-C-H等,辣椒和稻杆两种秸秆类生物炭含有C-O-C数量相对较多。2.(1)两种类型土壤pH值大小与添加生物炭的类型、比例有关。其中,辣椒生物炭能显著提高土壤pH(约0.35~1.15个单位),椰壳炭对土壤pH基本没有影响,且pH值均随着添加比例的增大而增大,原因是辣椒生物炭自身呈现较强的碱性。(2)六种生物炭对高、低浓度汞污染土壤有效态Hg含量均有降低效果。随培养时间的增长,吸附效果越好;添加同比例的生物炭中,核桃壳生物炭对汞有效态的降低率最大,培养至100天时,降低率最大为97.14%(7%的添加比例);椰壳炭处理的两种土壤中有效态Hg含量与炭的添加比例、土壤pH不存在相关性,其余各种炭的处理存在较好地负相关。3.(1)盆栽实验数据表明,生物炭的输入改善植物生长条件、提高作物产量,并明显提高土壤的pH和有机质含量。熬寨村农田土壤种植的小白菜,与空白组相比,核桃壳生物炭提高产量10.2倍(3%含量)和12倍(5%含量)。此两种土壤中,辣椒秸秆炭对土壤pH提高显著,松木炭对土壤有机质影响最大。(2)六种生物炭对植物体内的汞含量均有降低作用。其中5%添加比例的核桃壳生物炭效果最好,高浓度根部降低率达60.13%,茎叶降低64.86%,低浓度根部降低70.37%,茎叶降低78.02%。椰壳炭次之,高浓度中根部降低52.53%,茎叶降低61.38%,低浓度根部为54.95%,茎叶降67.03%。其余四种炭的高浓度根部降低率范围为27.22%~40.51%,茎叶降低为37%~50%,低浓度根部降低为40%~50%,茎叶降低40%~46%。另外,土壤有效态Hg与小白菜体内汞存在正相关性,植株体内汞含量来自土壤中有效态。4.土柱淋溶实验表明,在pH=3.5淋溶液淋溶条件下,添加5%核桃壳生物炭的淋出液的pH得到提高,影响土壤中汞的吸附与解吸之间的平衡,降低了土壤中汞的释放,表明核桃壳生物炭(HTKBC)在治理修复汞污染农田土壤中具有稳定的吸附性,钝化土壤中汞元素效果较好。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53
【图文】：

采样点,棕红壤

第二章实验材料与表征材料土壤壤采自贵州省铜仁市万山汞矿区周围农田，共采集污染程1#位于核桃树村的二坑矿渣附近的旱田，2#位于熬寨乡附近 2-1，采集现场见图 2-2。采用随机采取深度为表层土壤 0验室，又经风干、研磨后，分别过 20 目和 100 目筛，存放于壤类型为红壤和棕红壤，经初步检测，供试土壤基本理化性

棕红壤,红壤,采样点,类型

采样现场

红外光谱图,生物炭,表面官能团

电子扫描电镜的附属结构 EDS 能谱仪能够粗略的测定各种表面官能团分析具有的表面官能团能够与重金属之间发生静电、络合作用已经被广泛应用于生物炭中有机组成的官能团结构的测定种生物炭的红外光谱图（FTIR）的绘制，可以定性分析生使用仪器 Bruker Tensor ⅡFTIR 傅里叶变换红外光谱进行测骤为：将 KBr 和生物炭粉末分别在 105℃条件下烘 24 小时和 120mg KBr 样品进行混合，进行研细混合，烘干后将混扫描数为 400～4000 cm-1，扫描 32 次,温度 25℃，相对湿度 40.5cm-1。并将空白样品进行扣除。与讨论炭的 pH 值

【参考文献】