田间“限氧喷雾”制备生物炭技术与炭质表征

生物炭具有改良土壤、固碳减排、吸附重金属和有机污染物等方面的有益作用,但其农业和环保应用面临着成本过高这一瓶颈问题.在田间直接将生物质转化为生物炭,可节省原材料收集与炭品运输等环节的费用,降低使用成本.可通过喷雾技术在田间限氧条件下实现生物炭的制备,其工艺如下:物料在槽内经逐层压实后,采用单向引燃、逐次喷雾的方式辅助竹柳和棉秆成炭;采用多位点引燃、逐层喷雾的方式辅助芦苇成炭.制炭期间,土槽中的侧壁开孔方管起通气和限氧作用以控制适燃,铁质密网起限氧、防尘和提供喷雾通道等作用以控制成炭.采用该技术制备的生物炭表现出了较好的同槽均质性和异槽同质性,成炭率达30%,制备得到的炭含有丰富的羧基(0.71～1.43 mol/kg)、酚羟基(0.43～1.09 mol/kg)官能团,且具有较大的比表面积(45.5～83.2 m~2/g).田间"限氧喷雾"技术为生物炭的制备提供了新的思路和技术选项,也为其农业和环保应用创造了条件.     

风化煤提取的胡敏酸对镉的吸附性能及其应用潜力

以碱溶酸析"法从新疆风化煤中提取的胡敏酸为研究对象,对其理化性质和表面形态进行表征,并通过吸附试验探究反应时间、溶液pH、镉离子(Cd~(2+))质量浓度对胡敏酸吸附Cd~(2+)的影响.结果表明:风化煤提取的胡敏酸碳元素质量分数高达58.68%,羧基的质量摩尔浓度为5.81mol/kg,等电点为2.7;该胡敏酸含Cd量为0.15mg/kg,符合国家土壤环境质量标准.胡敏酸对Cd~(2+)的吸附在8h内达到平衡,吸附量随Cd~(2+)质量浓度(0~100mg/L)和溶液pH升高而增加,到pH=6.0时最大,之后胡敏酸开始溶解导致吸附量降低.Langmuir方程比Freundlich方程能更好地拟合胡敏酸对Cd~(2+)的吸附等温线,显示出单分子层吸附的特点.在pH=5.0时,胡敏酸对Cd~(2+)的饱和吸附量达137.37mg/g,相当于用去了酸度系数(pKa)为3的羧基含量的71%.在pH=4.3、Cd~(2+)初始质量浓度为80mg/L的同等条件下,新疆风化煤提取的胡敏酸对Cd~(2+)的吸附量为86.97mg/g,高于国际腐殖质协会胡敏酸标样1R106H对Cd~(2+)的吸附量(73.49mg/g).风化煤来源广、储量大、价格低,以它为原料制备获得的胡敏酸产量高、吸附能力强、环境友好、施用安全,有望作为吸附剂用于含重金属废水处理,以及作为钝化剂和土壤调理剂用于重金属污染土壤的修复.     

典型滴滴涕废弃生产场地污染土壤的人体健康风险评估研究

对我国典型滴滴涕(DDT)废弃生产场地的疑似重污染区进行环境调查、污染土壤人体健康风险评估和土壤修复建议目标值计算。结果表明,该场地污水处理池周边的关注污染物主要为p,p’-DDT、p,p’-DDD、p,p’-DDE、1,4-二氯苯、氯仿和氯苯,临近污水处理池北侧和东侧的区域土壤中污染物垂向迁移明显,其他区域土壤污染物主要分布于0～50 cm土层。前5种关注污染物的致癌风险均超过10-6,部分点位p,p’-DDT和氯苯的非致癌危害指数大于1。不确定性分析表明,半挥发性有机物p,p’-DDT、p,p’-DDD和p,p’-DDE经口腔摄入土壤和皮肤接触土壤暴露途径对总风险的贡献率超过98%,挥发性有机物氯苯、1,4-二氯苯和氯仿经吸入室内空气暴露途径对总风险的贡献率高达99%以上。土壤颗粒密度、土壤容重和土壤含水率是敏感参数。p,p’-DDT、p,p’-DDD、p,p’-DDE、氯苯、1,4-二氯苯和氯仿的土壤修复建议目标值分别为5.84、6.19、4.36、36.2、0.55和0.02 mg kg-1。     

溶解性富里酸对土壤中多环芳烃迁移的影响

多数多环芳烃（PAHs）因其水溶性低,且易被土壤有机质固持,曾经被认为其迁移能力十分微弱。但土壤中溶解性有机质可能影响PAHs的溶解、吸附等环境过程,进而影响其迁移性。本文旨在研究富里酸提取的溶解性有机质（FDOM）对PAHs在土－水间迁移的影响及其可能机制。溶液化学稳定性研究结果显示,FDOM在溶液pH 2.0～7.0、CaCl₂浓度0～1 500 mmol L^-1范围内均能保持较好的分散性,未发生絮凝沉淀。室内土柱淋溶试验结果表明,FDOM在土壤中具有较强的迁移能力,在FDOM持续淋溶条件下,菲、芘以及苯并[a]芘在淋出液中的浓度明显提高,并有少量二苯并[a, h]蒽淋出。FDOM淋溶处理的土柱表层土壤中菲、芘、苯并[a]芘和二苯并[a, h]蒽的淋失率分别为92.06%、92.07%、84.52%和23.27%,显著高于对照组（p<0.05）。以上研究结果表明,FDOM可作为载体提高PAHs在土壤中的迁移性,增加PAHs向深层土壤和地下水迁移的可能性。     

固相萃取-高效液相色谱法同时检测土壤中4种咪唑啉酮类除草剂残留

建立了一种以SAX固相小柱萃取和高效液相色谱(HPLC)法同时检测土壤中咪唑烟酸、甲基咪草烟、咪草酸甲酯和咪唑乙烟酸4种咪唑啉酮类除草剂残留的方法。考察了不同提取剂、pH、固相萃取(SPE)小柱和淋洗液体积等因素对回收率的影响。结果表明:采用SAX固相萃取小柱,以V(乙腈)∶V(水)=5∶3混合溶液为提取剂,6 mL甲醇为淋洗液时,在pH=3条件下,样品的提取及净化效果较好。淋出液浓缩后用甲醇定容,过滤膜后经HPLC检测。添加回收试验结果表明:在0.02~0.5 mg/kg添加水平下,4种除草剂的平均回收率在86%~109%之间,相对标准偏差(RSD)≤3.3%(n=5)。咪唑烟酸、甲基咪草烟和咪唑乙烟酸在土壤中的定量限(LOQ)均为0.01 mg/kg,咪草酸甲酯的LOQ为0.02 mg/kg。     

风化煤改变黄河三角洲盐渍化土壤溶液组分的过程

黄河三角洲盐渍土改良具有重要的经济和社会意义。风化煤(0%、1%、3%、5%)添加到不同含盐量(1.0 mg·g-1、7.5 mg·g-1、35.3 mg·g-1)的滨海盐渍化土壤后,可降低土壤浸提液的钠吸附比(Sodium adsorption ratio,SAR)及Cl-/SO42-比,有助于减轻盐渍危害。7.5 mg·g-1含盐量土壤在5%添加下SAR由7.81降为6.61,Cl-/SO42-由10.20降为8.25。风化煤中丰富的羧基等表面官能团及Ca2+,可通过三个作用过程改变盐渍化土壤溶液的离子组成,涉及:1)风化煤固相Ca2+与溶液Na+离子的交换,从而降低土壤溶液中Na+的浓度和危害;2)溶液中Ca2+与土壤交换性Na+的置换,有助于土壤团聚体的形成和Na+的淋洗;3)溶液中的Na+与风化煤中的溶解性有机质形成络合物,使Na+的活度和植物有效性降低,间接起到减害作用。此外,钠吸附比和氯硫比可用于在实验室初步判断风化煤等物料用于盐渍土改良的潜力和效果。     

风化煤改变黄河三角洲盐渍化土壤溶液组分的过程

黄河三角洲盐渍土改良具有重要的经济和社会意义。风化煤(0%、1%、3%、5%)添加到不同含盐量(1.0 mg·g~(-1)、7.5 mg·g~(-1)、35.3 mg·g~(-1))的滨海盐渍化土壤后,可降低土壤浸提液的钠吸附比(Sodium adsorption ratio,SAR)及Cl~-/SO_4~(2-)比,有助于减轻盐渍危害。7.5 mg·g~(-1)含盐量土壤在5%添加下SAR由7.81降为6.61,Cl~-/SO_4~(2-)由10.20降为8.25。风化煤中丰富的羧基等表面官能团及Ca~(2+),可通过三个作用过程改变盐渍化土壤溶液的离子组成,涉及:(1)风化煤固相Ca~(2+)与溶液Na~+离子的交换,从而降低土壤溶液中Na~+的浓度和危害;(2)溶液中Ca~(2+)与土壤交换性Na~+的置换,有助于土壤团聚体的形成和Na~+的淋洗;(3)溶液中的Na~+与风化煤中的溶解性有机质形成络合物,使Na~+的活度和植物有效性降低,间接起到减害作用。此外,钠吸附比和氯硫比可用于在实验室初步判断风化煤等物料用于盐渍土改良的潜力和效果。     

高效液相色谱检测呋虫胺在稻田水和土壤中的残留及消解动态

建立了高效液相色谱检测呋虫胺在稻田水和土壤中残留量的方法,并采用所建方法分析了广西、湖南和安徽3地稻田水和土壤中呋虫胺的消解动态。稻田水样经过滤后直接分析;土壤用乙腈-水提取,提取液经盐析检测,探索在不同色谱条件下呋虫胺的保留行为。结果表明:样品中目标峰的分离效果好,方法的最小检出量(LOD)为0.08 ng,最低检出浓度(LOQ)为0.05 mg/kg,平均回收率为74%~83%,相对标准偏差(RSD)为1.6%~5.9%;呋虫胺在稻田水中的消解动态符合一级动力学方程,消解较快,半衰期分别为20.5 d(广西)、4.5 d(湖南)和3.3 d(安徽);其在土壤中的原始沉积量未检出,未进行动力学方程拟合。     

某有机化工污染场地土壤与地下水风险评估

以江苏某有机化工污染场地为例,采用美国RBCA(risk based corrective action)风险评估软件,并依据我国《污染场地风险评估技术导则》(征求意见稿)对模型中的参数进行了本土化设定,开展了典型有机化工类场地土壤与地下水的人体健康与水环境风险评估。结果表明：研究场地土壤污染相对较轻,局部区域存在风险或危害,最大值分别为5.44×10-5和54;地下水污染相对严重,有6个点位存在不同污染物的风险或危害商超标,其中,1,2-二氯乙烷的最大致癌风险高达0.174,氯苯的最大非致癌危害商高达20 586。与保护人体健康的修复目标值相比,保护水环境的值要更为保守。由此,仅基于健康风险的修复仍然可能存在水环境风险,应当予以重视。     

农林废弃物田间曝氧水-火联动制炭设备及技术研究

生物炭具备固碳减排、提升地力、修复污染土壤等功效,但其推广应用面临着成本过高的难题。为降低其生产(设备与场地的运维费用)和使用成本(原料与炭品的运输费用),该文研发田间制炭技术,将生物质就地转化为生物炭。通过水-火联动技术,可在田间曝氧环境下制备得到生物炭。研究表明,原材料特性决定着成炭的操作工艺;其中,竹柳采用单向引燃、槽面喷水控温、通孔喷雾成炭的方式进行,棉秆采用单向引燃与控温、喷水横切炭体、喷雾成炭的方式进行,芦苇采用多位点引燃、槽面和通孔同时控温、逐层分区喷雾成炭的方式进行。采用该技术制备的生物炭表现出了较好的均质性,成炭率在30%左右;同时保存了较多的营养元素,如碳质量分数介于43.49%～60.30%、氮质量分数介于0.52%～0.86%;具有丰富的表面官能团,如羧基含量介于0.98～1.09mol/kg、酚羟基含量介于0.53～0.59mol/kg;具有较大的比表面积,介于16.0～262.2 m2/g。竹柳、棉秆和芦苇在成炭过程中产生的烟气经尾气处理系统处理后(PM 2.5(56、66、68μg/m3)、PM 10(100、114、128μg/m3))均达到排放标准。该文提供的田间制炭技术操作简单、成本低且效率高。实践表明,农民在自家田里可制炭达1 t/(d·人),成本仅需162.5元/t。该文研究结果可为生物炭的推广应用提供参考。