磁性生物质炭对水体中芘的去除效果研究

以柳树枝为原料,于600℃制备原始生物质炭LZ,再通过化学沉淀法制备两种磁性强度不同的生物质炭LZ1.5和LZ2.5。利用静态氮吸附(BET-N2)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等分析手段对生物质炭的表面结构和化学组成等理化性质进行表征,并研究生物质炭对水体中芘的吸附行为。结果表明:原始生物质炭在24 h吸附即达到表观吸附平衡,磁性生物质炭在72 h吸附达到表观吸附平衡;LZ1.5的吸附效果最佳,其最大吸附容量Qm=2 758.6μg·g-1,其次是LZ2.5和LZ,Qm分别为833.3、322.6μg·g-1;LZ1.5投加量在375 mg·L~(-1)时,芘的去除率达到90%以上。三种生物质炭的吸附行为均符合Freundlich模型和Langmuir模型。磁性生物质炭对芘吸附较多的原因一方面在于其保留了原有的芳香性官能团,另一方面是Fe3O4的存在造成了磁性炭表面微孔化以及表面羟基化。     

生物质炭对土壤中PAHs总量及有效性的影响研究

通过24周的土壤培养实验,研究了生物质炭添加量(0.1%、1.0%、2.0%)对土壤中菲和芘的化学可提取总量、挥发量及基于聚甲醛膜(POM)提取的生物有效性含量的影响。结果显示:与对照相比,添加生物质炭使土壤中菲和芘的总量分别下降了15.6%~25.0%和12.8%~30.3%,有效性分别下降了14.7%~37.3%和23.4%~49.8%;培养前6周,添加生物质炭使土壤中菲的挥发量显著减少了70.4%~72.4%,芘的挥发量减少了36.2%~48.9%,此后土壤中菲、芘挥发量趋于稳定,各处理间无显著差异(P0.05)。研究表明,生物质炭在降低土壤中PAHs的总量及有效性含量方面具有剂量效应,但对PAHs挥发量的抑制作用的剂量效应与PAHs的种类有关。     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

改性生物炭对水中菲和芘的吸附研究

本文使用氨水对稻壳制备的生物炭（BC）进行了改性修饰,对改性生物炭（MBC）的表面结构和官能团性质进行了表征,采用了红外光谱分析、扫描电子显微镜分析和比表面积分析等方法。并应用MBC对菲和芘进行了吸附动力学试验、吸附等温试验。研究表明：（1）与BC相比,MBC增加了N-H官能团,比表面积增大了5.34倍,吸附点位增多;（2）吸附试验结果表明使用准二级动力学更适合描述吸附过程;通过吸附等温试验,发现Freundlich模型能够更准确的描述MBC对菲和芘的吸附过程（;3）MBC投加量对吸附效果影响较大;初始p H范围为3-11,酸性或碱性条件下对吸附效果影响不大。因此,氨水改性生物炭可望作为去除水体多环芳烃污染的新型吸附材料。     

不同作物原料生物质炭对溶液芘的吸附特性

采用小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳低温热裂解生成的生物质炭,通过控制吸附时间、溶液初始质量浓度和投加量,研究了不同作物原料生物质炭对芘的吸附性能,并比较了三者的解吸率。结果表明:3种生物质炭对芘的吸附约经12 h达到平衡,吸附动力学过程符合Lagergren准二级反应动力学模型;等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,且前者拟合程度稍好;玉米秸秆炭、小麦秸秆炭和花生壳炭在25℃下对芘的饱和吸附量分别为1667、714、370μg·g-1;在生物质炭投加量为500 mg·L-1时,3种生物质炭对芘的去除率均在90%以上;将吸附达平衡后的生物质炭进行连续6 d的解吸,发现3种生物质炭对芘的解吸率均在7%以下。因此,作物秸秆,尤其是玉米秸秆,热裂解成生物质炭可望作为去除水体多环芳烃污染的新型吸附材料。     

丝瓜络固定化微生物对土壤多环芳烃吸附-降解作用

以假单胞菌(Pseudomonas sp.SDR4,简称S4)、毛霉真菌(Mucormucedo sp.SDR1,简称S1)为研究对象,采用微生物固定化技术,研究了其对土壤多环芳烃的吸附和降解动力学,并探讨了固定化微生物对土壤多环芳烃的吸附机理及吸附降解关系。结果表明:试验60 d,改性丝瓜络(CK)、死体固定化S1(S1-D)、死体固定化S4(S4-D)、死体固定化S1与S4混合菌(S1+S4-D)对菲(Phe)的动态平衡吸附量分别为5.28、6.82、5.73、7.46μg,对芘(Pyr)的动态平衡吸附量分别为4.17、4.72、4.53、5.00μg,死体固定化微生物对Phe与Pyr的吸附过程均服从于准二级动力学;活体真菌S1、细菌S4、混合菌S1+S4对Phe的动态吸附量分别为2.32、2.01、2.76μg,对Pyr的动态吸附量分别为2.79、2.41、3.14μg,活体固定化微生物对土壤中Phe与Pyr的准一级动力学与准二级动力学拟合结果R2相差较小;S1、S4、S1+S4对Phe的降解率分别为54.34%、61.45%、64.23%,对Pyr的降解率分别为38.42%、35.02%、42.43%;经S1、S4、S1+S4处理后,Phe的降解半衰期分别为38.88、29.41、25.63 d,Pyr的降解半衰期分别为64.76、69.02、59.28 d。研究表明,化学作用是控制丝瓜络固定化微生物对多环芳烃吸附速率的主要因素;提高微生物的降解能力能增加对土壤中PAHs迁移的影响;混合菌中真菌与细菌存在协同作用,能提高Phe与Pyr的降解效率。     

生物质炭对氮转化过程及其功能微生物影响研究进展

生物质炭孔隙发达,比表面积大,稳定性高,吸附性能强,表面微量元素及官能团丰富,对污水处理及土壤氮转化过程及功能微生物的演变起着重要作用.本文在分析氮循环途径的基础上,从废水、土壤2个主要环境探讨了生物质炭对氮转化过程及效率的影响,综述了生物质炭添加对环境中氮转化微生物群落结构及其功能基因影响的最新研究进展,认为生物质炭...     

生物炭固定化硝化菌去除水样中氨氮的研究

以稻壳生物炭为载体,将硝化菌固定在稻壳生物炭上,考察氨氮浓度、pH和温度对氨氮去除影响的基础上,研究了固定化硝化菌剂对氨氮的去除效果。结果表明,将硝化菌固定在生物炭上,既保留了生物炭对水体中氨氮的吸附性能,又可以充分发挥微生物的高效降解作用。常温条件下,对于初始氨氮浓度≤300mg/L的水样,调节水样pH为7.5,控制水样溶解氧浓度为1.5mg/L左右,稻壳生物炭固定化硝化菌剂对氨氮去除率可达85%。     

生物质炭对退化蔬菜地土壤的改良效果

[目的]探讨生物质炭改良退化蔬菜地土壤性状的效果,为消除退化蔬菜地障碍因子提供科学依据.[方法]采用盆栽试验方法研究生物质炭施用对退化蔬菜地土壤养分、酸碱度和微生物组成等的影响,设不施化肥或生物质炭作对照、仅施用化肥的常规施肥、仅施用生物质炭和混施化肥与生物质炭等4个处理.[结果]与对照和常规施肥处理相比,施用生物质炭的两个处理均降低了土壤容重,增强了土壤通气性,且显著提高了土壤pH、有效钙、有效镁、有效钼、有效硅含量和微生物生物量碳,降低了土壤交换性酸.施用生物质炭还可增加土壤中放线菌和细菌数量,降低土壤真菌数量,增加土壤B/F（细菌＋放线菌/真菌）值.施用生物质炭对土壤全磷、全氮和水溶性盐分等的影响不明显.[结论]生物质炭能够明显提升蔬菜连作地土壤质量和改善其生物学环境,适用于改良退化蔬菜地.     

灌溉与生物质炭对土壤硝化反硝化功能微生物的影响

为研究不同灌溉方式下生物质炭添加对土壤硝化及反硝化微生物的调控效应,本研究采用田间小区试验,通过在不同灌溉方式下（常规地表漫灌、滴灌、喷灌和微喷灌）添加不同量生物质炭（0、10、20 t·hm^-2）,结合实时荧光定量PCR技术,研究了灌溉方式与生物质炭对华北地区冬小麦拔节期土壤硝化及反硝化微生物相关功能基因的影响。结果表明：与漫灌相比,滴灌、喷灌、微喷灌显著降低了土壤NH₄⁺-N含量,降幅分别为49.30%~68.25%、30.22%~57.19%和43.63%~56.83%（P<0.05）,但在一定程度上增加了土壤NO₃^--N含量,增幅分别为5.14%~62.39%、0~173.50%和0~87.90%。由于滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉方式的灌水量远低于常规漫灌方式（约为漫灌灌水量的50%）,因而会产生有利于硝化反应而抑制反硝化反应的环境,增加土壤硝化微生物功能基因AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度,且均表现为微喷灌>喷灌>滴灌>漫灌。同时,在各灌溉方式下,添加生物质炭可增加AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度,这可能主要归因于生物质炭发达的孔隙结构和良好的水肥吸附能力。与漫灌相比,滴灌、喷灌、微喷灌均降低了土壤反硝化微生物nosZ基因丰度。但在各灌溉方式下,添加生物质炭,尤其是高量生物质炭（20 t·hm^-2）可提高反硝化微生物nosZ基因丰度,从而降低土壤反硝化过程的N₂O损失风险。综上所述,节水灌溉方式与生物质炭互作可促进拔节期土壤硝化作用,并通过影响反硝化微生物活动调节土壤反硝化过程,微喷灌方式下添加20 t·hm^-2生物质炭可有效促进小麦对氮素的吸收利用。     

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组生物炭处理组包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。     

生物炭固定化微生物修复污染土壤研究进展

生物炭固定化微生物技术具有高效、成本低和环境友好性的优点,在土壤修复中展现出巨大的应用潜力,成为目前的研究热点。本文在系统总结国内外生物炭固定化微生物技术修复污染土壤的最新研究进展基础上,重点分析了生物炭作为载体的适宜性,探讨了微生物筛选的重要性,对比分析了固定化方法（如吸附法、包埋法、交联法和共价结合法等）,探究了不同环境因素对生物炭固定化微生物技术修复污染土壤效果的影响,揭示了生物炭与微生物修复重金属和有机污染土壤过程中多种作用机制的协同效应,既包括生物炭作为固定化载体对微生物的保护及快速定殖作用,也包括生物炭对污染物的吸附作用,还包括微生物对污染物的降解作用。最后,对该技术在土壤污染修复中的应用提出了展望和建议。     

多环芳烃降解菌的细胞融合及降解性能研究

以菲降解菌--鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)GY2B和芘降解菌--假单胞菌(Sphingomonas sp.)GP3A为研究对象, 对两株菌进行融合前的抗药性标记筛选, 融合后的菌株通过形态学及分子生物学进行分析鉴定, 并测定其对菲和芘的降解效果。结果表明, 筛选出GY2B的遗传标记为哌拉西林抗性(80 μg·mL^-1),GP3A的遗传标记为头孢他啶抗性(80 μg·mL^-1)或红霉素抗性(100~150 μg·mL^-1).通过菲和芘的初步降解实验筛选出一株融合菌株F14, 通过平板菌落形态、扫描电镜(SEM)及PCR-RFLP分析鉴定F14是不同于亲本的菌株, 是GY2B 和GP3A 的融合子。融合菌株F14既可以降解菲又可以降解芘, 对初始浓度为100 mg·L^-1的菲和芘的降解率分别为99%(24 h)和18%(10 d),降解能力和降解效果明显高于其亲本。     

聚乙烯醇核桃壳复合固定菌群的除油效能研究

研究了应用聚乙烯醇(PVA)将除油菌群固定于核桃壳粒上的固定化方法的除油效果。结果表明,复合载体具有较高的除油效能,除油率分别达到65.58%(36h),84.85%(48h),90.03%(60h)。与直接吸附方法相比,该法在保持细菌活性、抗水质变化冲击方面优势显著。     

生物炭固定SM3菌剂的制备及其对三唑酮的降解研究

针对环境中存在的三唑酮污染问题,本研究以生物炭为载体,一株三唑酮高效降解菌(Stenotrophomonas maltophilia) SM3为固定化菌种,采用吸附法制备成固定化菌剂。从4种生物炭中优选出具有比表面积较大、吸附性能好等特点的固定化载体,并对其制备条件进行优化,在此基础上,评估生物炭固定化菌剂的稳定性及其对三唑酮的降解效果。结果显示,4种生物炭中,油茶壳生物炭比表面积及孔隙大、官能团含量丰富、固定化菌剂对三唑酮降解效果优于其他3种,选择其作为固定化SM3菌的载体。单因子优化试验表明,在载体投加量20 mg·mLP＞-1P＞,SM3接菌量5%,固定温度30℃,固定时间36 h所制备的固定化菌剂对三唑酮的降解率可达93.27%。最佳条件下制备的固定化菌剂在4℃及室温(25~35℃)条件下存放28 d后对三唑酮的降解率仍可达到81.73%和58.18%,菌剂降解效果具有良好的稳定性。油茶壳生物炭固定化SM3菌剂的制备,为解决环境中三唑酮污染问题提供了良好的生物修复材料。     

玉米秸秆生物炭固定化Acinetobacter lwoffii DNS32性能研究

用玉米秸秆制备生物炭,并以其作为固定化菌剂的廉价载体,与阿特拉津降解菌Acinetobacter lwoffii DNS32制备成具有吸附-降解性能的新型菌剂,用以降解水溶液中阿特拉津。结果表明:固定化菌剂可在40 h内将100 mg·L~(-1)的阿特拉津降解94%,降解率比游离菌高24%;固定化菌剂在pH=5和pH=10时,降解率分别为42%和35%,说明其具有更好的pH适应性;温度为10℃时,固定化菌剂的降解率比游离菌高14%,说明其具有更好的耐寒性。为期30 d的模拟修复阿特拉津污染的实验表明:生物炭固定化菌剂在30 d后仍然具有活性,该固定化菌剂具有高效且持久的阿特拉津污染修复效果。     

生物炭对青枯病烟株的根际土壤微生物群落结构调控机制分析

烟草青枯病是一种细菌性病害,对烟株生长危害严重,为探究烟株发病后土壤微生物群落结构变化及其生物学调控机制,采用大田试验方法,设置ZCTR(常规施肥,健康烟株的根际土壤)、ZCSW(施加1.2 t·hm-2生物炭,健康烟株的根际土壤)、QKTR(常规施肥,青枯病烟株的根际土壤)和QKSW(施加1.2 t·hm-2生物炭,青枯病烟株的根际土壤)4个处理,研究细菌群落结构的差异.结果 表明,生物炭施用后细菌α多样性升高,但差异不显著,细菌群落丰富度和菌群结构均有所改变.相同施肥条件下,青枯病烟株的根际土壤细菌α多样性和群落丰富度均小于健康烟株根际土壤;未添加生物炭的青枯病烟株根际土壤与健康烟株根际土壤相比,芽单胞菌门、酸杆菌门的丰度增加0.26、1.27个百分点,变形菌门、放线菌门的丰度降低1.08、0.14个百分点.施用生物炭后烟株的株高、叶长、叶宽、茎围分别较未添加生物炭处理增加了11.83％、16.88％、6.70％、10.80％,同时降低了烟株的病害指数,施加生物炭处理青枯病的发病率较未施加生物炭处理低9.1个百分点.研究表明,生物炭的施用会缓解青枯病带来的细菌丰富度下降,减少致病性细菌门类的相对丰度,并驱动功能促生性细菌(芽单胞菌门)相对丰度增加,从而降低青枯病发病率.研究初步明确了生物炭对植烟土壤青枯病微生态调控的作用机制.     

减氮配施生物炭对水稻生产力及土壤细菌群落组成的影响

为研究氮肥减量及配施生物炭对稻田作物生产力和土壤微生物区系及功能代谢的影响,通过田间定位试验,设置不施氮（CK）、常规施氮（N100）、减氮20%(N80)、减氮20%配施生物炭（N80BC）、减氮40%(N60)、减氮40%配施生物炭（N60BC）6个处理。结果表明：减氮配施生物炭处理不会降低水稻作物的产量,但可显著提高土壤pH和有机碳（TOC）含量。土壤微生物测序结果表明,不同处理对土壤细菌α多样性指数没有显著影响。变形菌（Proteobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）、酸杆菌（Acidobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、芽单胞菌（Gemmatimonadetes）是水稻土中优势微生物类群（门水平）。N60BC处理的变形菌、芽单胞菌、放线菌的相对丰度分别比N100处理高36.8%、40.7%和11.3%;在属水平上,N60BC处理的鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、马赛菌属（Massilia）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）的相对丰度分别比N100处理高68.6%、54.0%和49.2%。KEGG分析结果表明,与N100处...     

固定化菌剂原位净化养殖水体效果及对微生物群落结构的影响

为深入了解固定化菌剂原位应用对养殖水体净化效果及对养殖环境中微生物群落结构的影响,监测了养殖池塘原位修复过程中水质指标变化,同时采用高通量测序方法,分析了养殖底泥与水体中微生物群落的变化特征。结果表明：实验组中养殖池塘的COD_Mn和氨氮的去除效果均得到了显著提升(P<0.05)。COD_Mn去除率从26.14%升至52.49%,氨氮去除率从76.21%提升至90.73%。COD_Mn的浓度基本满足养殖尾水一级排放标准,氨氮可以稳定低于0.5 mg·L^-1,养殖过程中TP浓度保持稳定,满足排放标准。实验组水中微生物的多样性Shannon指数和丰富度Chao指数显著高于对照组(P<0.05)。固定化菌剂的加入使得实验组的环境微生物OTU数和独有的OTU数均相应增加,实验组底泥与水体间共有的OTU数更多。主坐标分析(PCoA)表明,与对照组相比,实验组中优势微生物种群的变化较大,变形菌门(Proteobacteria)数量升高促进了氨氮的转化;促进动物和植物遗骸腐烂的放线菌门(Actinobact...     

磁性炭基菌球降解土壤阿特拉津性能的研究

本研究通过海藻酸钠包埋磁性生物炭与降解菌DNS32形成磁性炭基菌球（DMBC-P）,并将其用于阿特拉津（ATZ）污染土壤的修复,探讨其去除ATZ的效能及促进大豆幼苗生长的能力。研究表明,当海藻酸钠与氯化钙的浓度为2%时,DMBC-P对ATZ的去除能力最强。在DMBC-P投加量为2%、温度为30 ℃、pH=7.3时,其对水体中ATZ的去除率可达到99.99%;并且在pH为3.3~7.3、温度为10~50 ℃以及ATZ浓度为30~140 mg·L^-1的环境中,DMBC-P对ATZ的去除性能仍然十分优异且其可以被有效回收。盆栽试验结果表明,施用DMBC-P进行修复后,该处理下大豆幼苗的生理指标显著高于空白对照处理,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量分别提高79.14%、45.48%、67.87%和110.78%。研究表明,DMBC-P施用于污染土壤中能够实现ATZ的高效去除和材料有效回收,是一种极具潜力的污染土壤修复材料。