兰州地区植物PAHs超累积特性和生物炭对土壤PAHs污染修复初探及对策

发布时间：2017-09-07 04:40

  本文关键词：兰州地区植物PAHs超累积特性和生物炭对土壤PAHs污染修复初探及对策

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【摘要】：近年来,随着工业现代化进程的不断加剧和人们生活水平的提高,生产生活过程所产生的有机污染物向环境中的排放量持续增长,对陆生生态系统尤其是土壤环境质量带来了严重的影响。多环芳烃(PAHs)作为一类典型持久性有机污染物,具有毒性、持久性和生物蓄积性,可沿食物链富集,并可通过呼吸作用、皮肤接触和饮食摄取等暴露途径进入人体,从而带来健康风险。目前,陆生生态系统PAHs污染及环境多介质迁移归趋行为已被广大研究者们所普遍关注,PAHs污染修复相关研究与治理技术的研发也日趋凸显出其重要的作用和地位。本硕士论文对兰州地区部分较为常见的植物对PAHs的富集效果进行了初步筛选,以期选出PAHs富集能力较强的植物,拟提出适合兰州地区的多种植物联合修复陆生生态系统PAHs污染的对策及方案;论文还对以兰州地区特色农牧业废弃物为原材料制备的生物炭进行了性质及结构表征,并初步探讨了其对土壤中PAHs的去除效果,以期筛选出基于农牧业特色废弃物制备的、可有效修复土壤中PAHs的生物炭材料。本论文研究结果可为兰州地区陆生生态系统PAHs污染的植物修复及基于地方特色的农牧业废弃物资源化利用对土壤中PAHs修复效率的提高提供基本科学数据和理论指导,旨在改善兰州地区生态环境及居住环境,为地方PAHs污染治理提供技术支撑。论文主要得到结论如下:(1)兰州地区部分较常见植物PAHs超累积特性研究:在本研究中PAHs含量最高的草本植物为灰绿藜,乔木类为枣树。所采集的植物样品中,低环PAHs含量明显高于高环PAHs,且累积特性表现为:植物叶片表面积越大,根系越发达,越有利于吸收陆生生态环境中的PAHs。(2)基于几种农牧业废弃物制备的生物炭理化性质及结构表征:随着热解温度增加,生物质材料结构的破坏程度加大,生物炭产率普遍呈下降趋势,灰分所占比例逐渐增加;生物炭中元素含量、比表面积和孔隙结构受原料和制备温度的影响,且比表面积变化趋势与微孔体积相同;热解温度较高时,生物质炭化更为完全,挥发性有机质从碳表面流失,产生微孔,使比表面积大幅增加;此外,生物炭富含羟基、羧基、羰基等有机官能团,以及碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐等无机矿物部分。随着温度的升高,生物炭中含氧官能团数量趋于减少,碱性和芳香化程度增加,吸附能力应逐渐增强。以牛粪为原料500℃下制备的生物炭(C500)和以羊粪为原料600℃下制备的生物炭(S600)中芳香炭、羟基和无机盐类含量高于以小麦秸秆和花生壳为原料300℃下制备的生物炭(W300、P300),生物炭特殊的结构和官能团种类直接影响了其修复效果。(3)基于几种农牧业废弃物制备的生物炭对土壤PAHs污染的修复效果:生物炭对不同环数PAHs的室内土壤模拟降解效率不同,低环PAHs在试验初期降解效率较高,推测低环PAHs挥发性较高,亲脂疏水性较低,易于降解;高环PAHs则主要在第二、三周被去除;同一温度下,以牛粪、羊粪为原料制备的生物炭对土壤中PAHs的修复效果优于以小麦秸秆、花生壳为原料制备的生物炭。研究结果还表明,生物炭对室内土壤中PAHs降解有促进作用,其芳香化程度越高,对PAHs的吸附能力越强,但当生物炭对PAHs的固定作用过强时会降低PAHs的生物有效性,使其不易被微生物降解。(4)PAHs污染修复对策:对于陆生生态系统的植物修复,考虑植物生理特征及修复时间,可采用多种植物联合种植方式,如选用枣树造林,同时种植灰绿藜,最大限度利用时间和空间。对于土壤PAHs修复,可考虑修复效果最好的为以牛粪为原料500℃下制备的生物炭(C500),该生物炭PAHs本底含量和毒性当量浓度生态风险较低,在安全施用范围内。同时,对于土壤PAHs污染亦可考虑植物-生物炭联合修复方式。
【关键词】：PAHs 植物富集 生物炭 土壤修复 对策
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X173
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 多环芳烃概述12-18
• 1.2.1 多环芳烃来源12-13
• 1.2.2 多环芳烃理化性质13-15
• 1.2.3 多环芳烃污染现状15-17
• 1.2.4 多环芳烃危害17-18
• 1.3 土壤有机污染修复——植物修复技术18-20
• 1.3.1 土壤有机污染修复18-19
• 1.3.2 植物修复技术19-20
• 1.4 土壤有机污染修复——生物炭修复技术20-24
• 1.4.1 生物炭概念20
• 1.4.2 生物炭制备20-21
• 1.4.3 生物炭物理化学性质21-22
• 1.4.4 生物炭施用对土壤环境的影响22-23
• 1.4.5 生物炭在污染土壤修复中的应用23-24
• 1.5 研究内容、目的与意义24-26
• 1.5.1 研究内容24
• 1.5.2 研究目的与意义24-26
• 第二章 兰州地区植物对PAHs的超累积特性及修复对策26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 材料与方法26-28
• 2.2.1 植物样品的采集26-27
• 2.2.2 植物样品中PAHs含量分析27-28
• 2.2.3 质量控制28
• 2.3 结果与讨论28-35
• 2.3.1 草本植物地上部分PAHs含量30-32
• 2.3.2 裸子植物叶片中PAHs含量32-33
• 2.3.3 双子叶灌木、乔木叶片中PAHs含量33-35
• 2.3.4 质量控制35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 基于农牧业废弃物的生物炭理化性质及结构表征36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 材料与方法36-38
• 3.2.1 生物炭制备36-37
• 3.2.2 生物炭理化性质表征37
• 3.2.3 生物炭本底PAHs含量分析37-38
• 3.3 结果与讨论38-46
• 3.3.1 生物炭产率与灰分38-40
• 3.3.2 生物炭理化性质分析40-43
• 3.3.3 生物炭本底PAHs含量分析43-45
• 3.3.4 生物炭生态风险评价45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 基于农牧业废弃物的生物炭对土壤中PAHs的修复效果及对策48-58
• 4.1 引言48-49
• 4.2 材料与方法49
• 4.3 结果与讨论49-57
• 4.3.1 牛粪生物炭对土壤中不同环数PAHs修复效果49-50
• 4.3.2 羊粪生物炭对土壤中不同环数PAHs修复效果50-52
• 4.3.3 小麦秸秆生物炭对土壤中不同环数PAHs修复效果52-53
• 4.3.4 花生壳生物炭对土壤中不同环数PAHs修复效果53-55
• 4.3.5 不同生物炭对土壤中PAHs修复效果对比55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 结论、创新与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 创新59
• 5.3 展望与不足59-60
• 参考文献60-67
• 在学期间的研究成果67-68
• 致谢68

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本文编号：807469