菌糠和堆肥菌糠对铅污染黑土和红壤的修复
发布时间：2023-03-12 20:31
铅作为人类最早使用的金属之一,被世界卫生组织(WHO)界定为毒性极高的环境毒物和神经毒物。伴随着我国工业的发展,含铅污染物通过各种途径进入土壤,不但造成环境污染,还威胁着人类健康。利用农业固体废弃物为基础材料的土壤原位修复法具有成本低、效率高、环境友好等特点,在土壤重金属治理处理方面具有较好的应用前景。本研究应用食用菌栽培的废弃基质-菌糠(Spent mushroom substrate,SMS)和其堆肥产物(Composted spent mushroom substrate,CSMS)为材料,原位模拟修复铅污染土壤。通过表面积和孔隙度分析(BET)、扫描电子显微镜和X射线能谱分析(SEM-EDX)、傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、水接触角分析、阳离子交换量分析(CEC)表征其吸附性能,通过静态分批吸附试验、动态监测试验及等温模型拟合探讨其对铅的吸附条件和吸附机理。在用黑土和红壤进行的模拟修复试验中,充分考虑了水分、气相率、pH、电导率的变化,详细比较了修复前后铅在土壤中的转化规律和空间移动特性,对容重和冻融交替因素的影响也进行了初步探讨。三种修复种植试...
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 土壤重金属铅污染的研究概述
1.1.1 土壤重金属铅的污染来源及危害
1.1.2 土壤重金属铅的存赋形态、提取方法及生物有效性评价
1.1.3 土壤铅污染修复的研究
1.1.4 土壤污染修复与根际微生态效应
1.2 食用菌菌糠及其应用现状
1.2.1 菌糠来源及其理化性质
1.2.2 菌糠资源化利用现状
1.2.3 以菌糠为基础的生物质材料对重金属污染的修复机制
1.3 研究目的意义、内容、技术路线及创新点
1.3.1 研究目的意义
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
2 材料与方法
2.1 试验材料
2.1.1 试验原材料
2.1.2 供试土壤及作物
2.1.3 化学试剂
2.1.4 试验仪器
2.2 菌糠和堆肥菌糠吸附剂的结构表征及吸附机理分析
2.2.1 吸附剂的基本理化性质
2.2.2 吸附剂的BET、SEM-EDX、FTIR、XRD表征
2.2.3 吸附剂的亲水性和阳离子交换量
2.2.4 静态分批吸附试验
2.2.5 吸附等温模型
2.2.6 动态吸附监测试验
2.2.7 溶出物、不溶物和粉末样品对铅去除的贡献
2.3 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤的模拟修复试验
2.3.1 土壤预处理、填装、取样方法和测定项目
2.3.2 土壤容重对修复效果的影响
2.3.3 土壤含水量对修复效果的影响
2.3.4 冻融交替对修复效果的影响
2.4 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的盆栽试验
2.4.1 盆栽试验设计
2.4.2 修复剂对空心菜出苗和生物量的影响
2.4.3 修复剂对空心菜光合作用的影响
2.4.4 修复剂对土壤理化性质和铅形态的影响
2.4.5 修复剂对土壤呼吸和酶活性的影响
2.4.6 修复剂对细菌群落结构和多样性的影响
2.5 修复剂对铅污染土壤修复的根际微生态效应
2.5.1 浮岛水培试验设计
2.5.2 浮岛水培试验中修复剂对根际土壤理化性质、铅形态和空心菜产量的影响
2.5.3 框栽试验设计
2.5.4 框栽试验中修复剂对根际土壤理化性质、铅形态和空心菜产量的影响
2.5.5 框栽试验中修复剂对根表铅吸附的影响
2.5.6 框栽试验中修复剂对根际土壤细菌群落结构和多样性的影响
2.6 数据分析
3 结果与分析
3.1 菌糠和堆肥菌糠吸附剂的性质表征
3.1.1 吸附剂的基本理化性质
3.1.2 吸附剂的微观结构和孔隙特征
3.1.3 吸附剂的离子交换能力
3.1.4 吸附剂的FTIR分析
3.1.5 吸附剂的水接触角分析
3.1.6 吸附剂的XRD分析
3.2 菌糠和堆肥菌糠吸附剂对铅的吸附去除机理及影响因素分析
3.2.1 批试验中溶液初始pH值对铅去除的影响
3.2.2 批试验中反应时间对铅去除的影响
3.2.3 批试验中投加量对铅去除的影响
3.2.4 批试验中铅初始浓度对铅去除的影响
3.2.5 批试验的吸附等温模型
3.2.6 动态监测试验不同粒径材料官能团的差异
3.2.7 动态监测试验溶液pH的变化
3.2.8 动态监测试验溶液电导率的变化
3.2.9 动态监测试验溶液铅离子浓度的变化
3.2.10 动态监测试验中材料粒径和溶出物因素对除铅的影响
3.2.11 动态监测试验中氢离子浓度、电导率与铅去除率的关系
3.2.12 铅去除率的监测模型
3.3 菌糠与堆肥菌糠对铅污染土壤模拟培养修复试验
3.3.1 土壤容重对修复的影响
3.3.2 初始含水量对土壤pH、EC及官能团的影响
3.3.3 初始含水量对土壤中铅形态变化的影响
3.3.4 铅随水分的空间移动
3.3.5 冻融交替对修复的影响
3.4 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的盆栽试验
3.4.1 土壤的pH、EC和铅形态
3.4.2 土壤呼吸和酶活性
3.4.3 土壤细菌高通量测序
3.4.4 土壤细菌的Alpha多样性分析
3.4.5 土壤细菌的Beta多样性分析
3.4.6 土壤细菌群落物种组成分析
3.4.7 土壤细菌丰度与土壤环境的关系
3.4.8 空心菜的出苗率和产量
3.4.9 空心菜的SPAD值和叶绿素荧光诱导动力学曲线
3.5 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的根际效应
3.5.1 浮岛水培试验根际土壤铅形态、pH、EC和植株生长
3.5.2 框栽试验根际土壤铅形态、pH、EC和植株生长
3.5.3 铅在根表的吸附
3.5.4 根际土壤细菌高通量测序
3.5.5 根际土壤细菌Alpha多样性分析
3.5.6 根际土壤细菌Beta多样性分析
3.5.7 根际土壤细菌群落物种组成分析
3.5.8 根际土壤细菌群落与土壤环境的关系
4 讨论
4.1 堆肥对菌糠孔隙结构和理化性质的改变
4.2 溶液环境变化与铅离子去除过程的关系
4.3 模拟培养修复试验中土壤环境对铅形态的影响
4.4 修复剂对土壤细菌、土壤酶活和植物养分的影响
4.5 根际效应与土壤修复的关系
4.6 生物吸附与钝化修复的关系
4.7 菌糠和堆肥菌糠在应用上的潜力和问题
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 展望
致谢
参考文献
攻读博士期间发表的学术论文
本文编号：3761899
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 土壤重金属铅污染的研究概述
1.1.1 土壤重金属铅的污染来源及危害
1.1.2 土壤重金属铅的存赋形态、提取方法及生物有效性评价
1.1.3 土壤铅污染修复的研究
1.1.4 土壤污染修复与根际微生态效应
1.2 食用菌菌糠及其应用现状
1.2.1 菌糠来源及其理化性质
1.2.2 菌糠资源化利用现状
1.2.3 以菌糠为基础的生物质材料对重金属污染的修复机制
1.3 研究目的意义、内容、技术路线及创新点
1.3.1 研究目的意义
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
2 材料与方法
2.1 试验材料
2.1.1 试验原材料
2.1.2 供试土壤及作物
2.1.3 化学试剂
2.1.4 试验仪器
2.2 菌糠和堆肥菌糠吸附剂的结构表征及吸附机理分析
2.2.1 吸附剂的基本理化性质
2.2.2 吸附剂的BET、SEM-EDX、FTIR、XRD表征
2.2.3 吸附剂的亲水性和阳离子交换量
2.2.4 静态分批吸附试验
2.2.5 吸附等温模型
2.2.6 动态吸附监测试验
2.2.7 溶出物、不溶物和粉末样品对铅去除的贡献
2.3 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤的模拟修复试验
2.3.1 土壤预处理、填装、取样方法和测定项目
2.3.2 土壤容重对修复效果的影响
2.3.3 土壤含水量对修复效果的影响
2.3.4 冻融交替对修复效果的影响
2.4 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的盆栽试验
2.4.1 盆栽试验设计
2.4.2 修复剂对空心菜出苗和生物量的影响
2.4.3 修复剂对空心菜光合作用的影响
2.4.4 修复剂对土壤理化性质和铅形态的影响
2.4.5 修复剂对土壤呼吸和酶活性的影响
2.4.6 修复剂对细菌群落结构和多样性的影响
2.5 修复剂对铅污染土壤修复的根际微生态效应
2.5.1 浮岛水培试验设计
2.5.2 浮岛水培试验中修复剂对根际土壤理化性质、铅形态和空心菜产量的影响
2.5.3 框栽试验设计
2.5.4 框栽试验中修复剂对根际土壤理化性质、铅形态和空心菜产量的影响
2.5.5 框栽试验中修复剂对根表铅吸附的影响
2.5.6 框栽试验中修复剂对根际土壤细菌群落结构和多样性的影响
2.6 数据分析
3 结果与分析
3.1 菌糠和堆肥菌糠吸附剂的性质表征
3.1.1 吸附剂的基本理化性质
3.1.2 吸附剂的微观结构和孔隙特征
3.1.3 吸附剂的离子交换能力
3.1.4 吸附剂的FTIR分析
3.1.5 吸附剂的水接触角分析
3.1.6 吸附剂的XRD分析
3.2 菌糠和堆肥菌糠吸附剂对铅的吸附去除机理及影响因素分析
3.2.1 批试验中溶液初始pH值对铅去除的影响
3.2.2 批试验中反应时间对铅去除的影响
3.2.3 批试验中投加量对铅去除的影响
3.2.4 批试验中铅初始浓度对铅去除的影响
3.2.5 批试验的吸附等温模型
3.2.6 动态监测试验不同粒径材料官能团的差异
3.2.7 动态监测试验溶液pH的变化
3.2.8 动态监测试验溶液电导率的变化
3.2.9 动态监测试验溶液铅离子浓度的变化
3.2.10 动态监测试验中材料粒径和溶出物因素对除铅的影响
3.2.11 动态监测试验中氢离子浓度、电导率与铅去除率的关系
3.2.12 铅去除率的监测模型
3.3 菌糠与堆肥菌糠对铅污染土壤模拟培养修复试验
3.3.1 土壤容重对修复的影响
3.3.2 初始含水量对土壤pH、EC及官能团的影响
3.3.3 初始含水量对土壤中铅形态变化的影响
3.3.4 铅随水分的空间移动
3.3.5 冻融交替对修复的影响
3.4 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的盆栽试验
3.4.1 土壤的pH、EC和铅形态
3.4.2 土壤呼吸和酶活性
3.4.3 土壤细菌高通量测序
3.4.4 土壤细菌的Alpha多样性分析
3.4.5 土壤细菌的Beta多样性分析
3.4.6 土壤细菌群落物种组成分析
3.4.7 土壤细菌丰度与土壤环境的关系
3.4.8 空心菜的出苗率和产量
3.4.9 空心菜的SPAD值和叶绿素荧光诱导动力学曲线
3.5 菌糠和堆肥菌糠对铅污染土壤修复的根际效应
3.5.1 浮岛水培试验根际土壤铅形态、pH、EC和植株生长
3.5.2 框栽试验根际土壤铅形态、pH、EC和植株生长
3.5.3 铅在根表的吸附
3.5.4 根际土壤细菌高通量测序
3.5.5 根际土壤细菌Alpha多样性分析
3.5.6 根际土壤细菌Beta多样性分析
3.5.7 根际土壤细菌群落物种组成分析
3.5.8 根际土壤细菌群落与土壤环境的关系
4 讨论
4.1 堆肥对菌糠孔隙结构和理化性质的改变
4.2 溶液环境变化与铅离子去除过程的关系
4.3 模拟培养修复试验中土壤环境对铅形态的影响
4.4 修复剂对土壤细菌、土壤酶活和植物养分的影响
4.5 根际效应与土壤修复的关系
4.6 生物吸附与钝化修复的关系
4.7 菌糠和堆肥菌糠在应用上的潜力和问题
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 展望
致谢
参考文献
攻读博士期间发表的学术论文
本文编号：3761899
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