生物炭對重金屬污染沉積物的鈍化修復(fù)效應(yīng).pdf

1、隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，大量重金屬污染物通過大氣沉降、水土流失、廢水排放、雨水淋溶與沖刷進入了水環(huán)境，最終匯集到湖泊并富集到沉積物中，造成湖泊重金屬污染不斷加劇。作為新型環(huán)境功能材料，生物炭因其特有的性質(zhì)，通過靜電吸附、離子交換、表面絡(luò)合和共沉淀等方式能有效降低土壤重金屬的活性和毒性，起到修復(fù)土壤的作用。然而，目前關(guān)于生物炭運用到湖泊沉積物中進行重金屬的修復(fù)效果研究甚少，本研究以大冶市礦區(qū)典型的重金屬污染湖泊作為研究對象，展開沉積物重

2、金屬污染現(xiàn)狀的調(diào)查，探討生物炭對重金屬的吸附特性，利用稻桿生物炭模擬研究了沉積物的重金屬鈍化修復(fù)，研究生物炭修復(fù)后水體重金屬含量與形態(tài)變化，并結(jié)合植物毒性實驗和生物可利用性實驗(Physiologically Based ExtractionTest)，探討生物炭修復(fù)重金屬污染沉積物的可行性，主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)對大冶湖的沉積物重金屬污染狀況進行調(diào)查和評價，以湖北省土壤背景值為評價標準，采用地質(zhì)累積指數(shù)法進行現(xiàn)狀評價，

3、4種重金屬的污染程度排序為Cd＞Cu＞Pb＞Zn。最主要的污染物是Cd，極強污染;其次是Cu，主要為強污染，然后是Pb和Zn，分別以中污染和輕污染為主。潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果顯示，4種重金屬的風(fēng)險程度排序為Cd＞Cu＞Pb＞Zn。風(fēng)險最高的污染物是Cd，均達到極強風(fēng)險;其次是Cu，有強風(fēng)險和中等風(fēng)險;Pb、Zn的風(fēng)險輕微。所有采樣點的綜合風(fēng)險等級都屬極強。
　　(2)通過對生物炭吸附特性的研究發(fā)現(xiàn)，隨著溶液pH值的

4、增加，生物炭對Pb2+的吸附量逐漸增加，在pH為5時達到平衡。重金屬在生物炭上的吸附過程可以被劃分為快吸附和慢吸附兩個階段，4種重金屬的吸附過程均符合二級動力學(xué)方程，吸附速率主要由化學(xué)吸附控制。對比不同重金屬的吸附速率和平衡時間可以發(fā)現(xiàn)，稻桿生物炭對Zn2+的吸附最快，對Pb2+的吸附最慢。生物炭對Pb2+具有最高的吸附容量，其次是Cd2+、Zn2+和Cu2+，可以作為吸附劑應(yīng)用于水體重金屬污染的治理。
　　(3)通過施用不同添加

5、量的生物炭對重金屬污染沉積物進行鈍化發(fā)現(xiàn)，生物炭能提高沉積物的pH值，同時，隨著生物炭用量的增加，沉積物Eh值也有升高的趨勢。上覆水的溶解態(tài)重金屬濃度隨著生物炭添加量增加而顯著降低(P＜0.05)。與對照相比，5％生物炭添加量使間隙水中溶解態(tài)Cu和Zn的濃度隨著生物炭量的增加而顯著降低（P＜0.05），從而減少了由間隙水向上覆水的釋放風(fēng)險。生物炭的鈍化使沉積物中酸溶態(tài)重金屬濃度顯著降低，且酸溶態(tài)隨時間呈現(xiàn)減少的趨勢。在5％生物炭添加量時

6、，酸溶態(tài)Pb降低幅度高達79.4％，且隨著時間的推移，酸溶態(tài)整體均有下降，可氧化態(tài)和殘渣態(tài)出現(xiàn)顯著增加的現(xiàn)象。
　　(4)生物炭對家獨行菜（Lepidium sativum）的發(fā)芽率沒有顯著作用，但是對家獨行菜生長有顯著的改善。在生物炭添加量為5％時，莖長、根長分別比對照增加25.7％和32.6％。通過生物可利用實驗(PBET)發(fā)現(xiàn)，PBET Cu、Zn、Pb和Cd隨著生物炭用量的增加顯著減少，PBET Cu降低幅度達到9.8％，