垫料生物炭对水、土环境中重金属污染的修复研究

发布时间：2017-08-01 06:32

  本文关键词：垫料生物炭对水、土环境中重金属污染的修复研究

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【摘要】：随着工业化的发展,我国水体、土壤的重金属污染日益加剧,对水土环境中重金属污染的治理与处置已经刻不容缓。生物炭疏松多孔,比表面积大,具有高度的芳香性,抗分解性和热稳定性,能够吸附环境中的重金属污染物质,还能促进植物对营养元素的吸收,国际社会对生物炭的研究正日益增多。发酵床废弃垫料作为“零排放”养猪模式的最终剩余物,其是否能够被有效利用,决定了发酵床养猪模式是否能够被真正推广使用。因此,本文以发酵床废弃垫料和被研究较多的秸秆为原料,采用限氧热解法在不同温度(300、400、500℃)下制备垫料生物炭(D300、D400、D500)和秸秆生物炭(S300、S400、S500),通过X-ray能谱仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、不同Cd2+浓度和不同初始pH条件下垫料生物炭对水体中Cd2+的吸附性能,用盆栽、淋滤等方法研究垫料生物炭对土壤中Cd2+的钝化效果,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明：(1)垫料生物炭对Cd2+的吸附在30h内可达到表观平衡,较晚于秸秆生物炭所需时间。三种垫料生物炭的吸附能力为：D400D300D500,其中D400对Cd2+的饱和吸附量为21.52mg/g。D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,较D300和D400的吸附速率慢。pH在4.5～7.5范围内,垫料与秸秆生物炭对Cd2+的吸附效果较好。垫料生物炭对Cd2+的吸附能力与秸秆生物炭相比略差一些,但相差并不显著。(2)添加生物炭后,Cd2+污染土壤的pH值显著升高,其中加入S500后pH的升高幅度比加入D500后的更大。生物炭对Cd2+有很好的固定效果,能够大大降低Cd2+的生物有效性。D500与S500相比,D500有更好的固定效果,且添加生物炭对小青菜的产量的提高作用明显。向污染土壤中施加5%的D500和S500后,有效降低了小青菜中富集的Cd2+,但尚未使得小青菜中富集的Cd2+浓度达到国家标准中规定的可食用的程度。D500生物炭对减少小青菜中富集重金属Cd2+的效果更佳。(3)垫料生物炭对水体、土壤中重金属Cd2+的修复效果并不逊于秸秆生物炭,用发酵床废弃垫料制备生物炭修复水体、土壤中的重金属污染或提高土壤肥力均具有一定的可行性。
【关键词】：生物炭 镉 垫料 秸秆 修复
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X52
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-23
• 1.1 生物炭的研究进展10-12
• 1.1.1 生物炭的性质10-11
• 1.1.2 生物炭的制备11-12
• 1.1.3 国内外研究进展12
• 1.2 发酵床垫料介绍12-15
• 1.2.1 发酵床养殖技术简介12-14
• 1.2.2 垫料的性质与种类14-15
• 1.3 重金属污染概况15-17
• 1.3.1 重金属污染的来源15-16
• 1.3.2 重金属污染的危害16-17
• 1.4 重金属污染的修复17-20
• 1.4.1 水体重金属污染的修复17-18
• 1.4.2 土壤重金属污染的修复18-20
• 1.5 研究内容、目标及意义20-21
• 1.5.1 研究内容20
• 1.5.2 研究目标20-21
• 1.5.3 研究意义21
• 1.6 研究方法与技术路线21-23
• 1.6.1 研究方法21-22
• 1.6.2 技术路线22-23
• 第二章 垫料生物炭的制备及表征23-29
• 2.1 材料与方法23
• 2.1.1 实验材料23
• 2.1.2 仪器设备23
• 2.1.3 生物炭的制备23
• 2.1.4 表征方法23
• 2.2 结果与讨论23-27
• 2.2.1 主要性质23-24
• 2.2.2 元素分析24-25
• 2.2.3 扫描电镜25-26
• 2.2.4 红外分析26-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章 垫料生物炭对水中重金属的吸附研究29-40
• 3.1 材料与方法29-30
• 3.1.1 实验材料与设备29
• 3.1.2 吸附动力学实验29
• 3.1.3 等温吸附实验29
• 3.1.4 溶液pH的影响29-30
• 3.2 结果与分析30-37
• 3.2.1 吸附动力学实验30-32
• 3.2.2 等温吸附实验32-35
• 3.2.3 溶液pH的影响35-37
• 3.3 讨论37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 垫料生物炭对土壤中重金属的钝化研究40-51
• 4.1 材料与方法40-43
• 4.1.1 试验材料与设备40
• 4.1.2 生物炭对Cd~(2+)污染土壤的修复试验方法40
• 4.1.3 小青菜盆栽实验方法40-41
• 4.1.4 土柱淋滤实验方法41
• 4.1.5 土壤理化性质的检测方法41-43
• 4.2 结果与分析43-48
• 4.2.1 生物炭添加对土壤pH值的影响43-44
• 4.2.2 生物炭对Cd污染土壤的修复44-45
• 4.2.3 小青菜盆栽实验45-47
• 4.2.4 土柱淋滤实验研究47-48
• 4.3 讨论48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第五章 结论51-52
• 第六章 存在问题及展望52-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 攻读学位期间发表的学术论文目录57-58

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