生物炭覆蓋對底泥氮、磷釋放的影響及其吸附性能研究.pdf

1、近幾十年國內(nèi)外對底泥污染治理技術(shù)的研究日益重視，底泥疏浚這類異位處理技術(shù)由于耗資大、易造成二次污染而不適宜用于經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，而原位處理技術(shù)由于耗資較少、易于操作逐漸成為研究的熱點(diǎn)。其中原位覆蓋技術(shù)經(jīng)過幾十年的模擬研究，國內(nèi)外已經(jīng)有許多成功應(yīng)用的工程案例，在目前國內(nèi)底泥污染嚴(yán)重的背景下，原位覆蓋技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。
　　生物炭（Biochar）是由農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)材料在限氧或無氧條件下熱解形成的一種固態(tài)的、含碳量豐富、多

2、孔狀的材料，隨著生物炭固碳能力及改良土壤能力的廣泛研究，生物炭在國際上受到了越來越多的重視。由于生物炭穩(wěn)定性強(qiáng)、比表面積巨大、吸附能力強(qiáng)等特性，具有作為底泥原位覆蓋材料的潛力，因此本研究主要針對生物炭對底泥污染物釋放的抑制效果，初步探討其抑制機(jī)理，為生物炭實(shí)際應(yīng)用與底泥污染治理提供理論支撐和數(shù)據(jù)支持。
　　在南四湖采集蘆竹、蘆葦及花生殼和玉米芯，在限氧條件下燒制成不同種類、不同溫度梯度的生物炭，經(jīng)過適當(dāng)預(yù)處理后，對其理化性質(zhì)進(jìn)行了

3、表征，結(jié)果如下：熱解溫度為500℃時，生物炭C元素含量即達(dá)到80％，熱解溫度300-600℃范圍內(nèi)，C含量隨溫度的升高而升高，O、H含量相應(yīng)減少；FTIR圖譜表明隨著熱解溫度升高，非極性基團(tuán)數(shù)量減少，電負(fù)性程度降低；花生殼生物炭溶解性氨氮釋放量較其他3種生物炭的釋放量大，為36.79 mg·kg-1，玉米芯生物炭的可溶性正磷酸鹽釋放量最大，為70.64 mg·kg-1。
　　生物炭的對污染物的吸附能力與其能否作為底泥原位覆蓋材料直

4、接相關(guān)，為探討生物炭的對水中氨氮和亞甲基藍(lán)的吸附能力，設(shè)計了一系列吸附試驗(yàn)，等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果如下：蘆竹、蘆葦生物炭對氨氮有一定的吸附效果，經(jīng)過酸洗去除灰分的蘆葦生物炭的理論最大吸附量最大，為1902.59 mg·kg-1；隨制備溫度的升高，蘆葦生物炭對氨氮的吸附能力相應(yīng)減弱；Langmuir模型和Freundlich模型均能很好的擬合吸附結(jié)果。生物炭對水中亞甲基藍(lán)吸附能力強(qiáng)于對氨氮的吸附能力。蘆竹生物炭的最大吸附量較其余5種生物炭的吸附

5、量高，為6877.57 mg·kg-1；蘆葦生物炭亞甲基藍(lán)最大吸附量隨熱解溫度升高而升高，從4070.00 mg·kg-1升至5030.18 mg·kg-1；蘆葦生物炭亞甲基藍(lán)吸附能力排序?yàn)椋篊R500＞CR600＞CR400＞CR300。
　　在模擬反應(yīng)器中將蘆竹、蘆葦、花生殼和玉米芯4種生物炭原位覆蓋在污染底泥上，研究了對底泥污染物釋放的抑制作用，結(jié)果如下：未覆蓋生物炭的對照組上覆水氨氮濃度在第25d達(dá)到最大值4.27 mg·

6、L-1，之后穩(wěn)定在4.02 mg·L-1左右，而4種生物炭處理組在第25d以后，氨氮濃度穩(wěn)定在0.3 mg·L-1以下，其中蘆葦處理組抑制效果最明顯，氨氮累積釋放量減少了85.61%，4種生物炭對氨氮釋放的抑制效果無顯著性差異，均可以有效減少底泥氨氮的釋放總量并降低釋放速率；4種生物炭處理組上覆水亞硝態(tài)氮濃度在第9~22 d呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，之后穩(wěn)定在0.024 mg·L-1至0.040 mg·L-1之間；加入生物炭后，上覆水硝態(tài)