生物质炭固定化融合菌株F14方法的研究及其对芘的去除

F14是一株用原生质体融合技术构建的能够降解多环芳烃(PAHs)的融合菌株,利用生物质炭固定化F14制备固定化微生物小球来提高该菌株对芘的去除能力。实验在确定聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)最佳组合比例的基础上,研究了不同温度下(300、500℃和700℃)制备的生物质炭形成的固定化小球的性能以及对芘的去除效果。结果表明:制备的固定化小球的直径约为3mm,对固定化小球成球效果、传质性能和机械性能的分析表明,载体PVA和SA的最佳组合比例为8%和1%;对不同温度下制备的生物质炭的固定化小球的传质性能和扫描电镜图进行分析,表明700℃制备的生物质炭的固定化小球性能较好。与游离菌相比,固定化小球对芘的去除能力更高且速率更快,对初始浓度为50 mg·L~(-1)的芘10 d内去除率高达94.91%,比游离菌对芘的去除率高了近58%,同时固定化小球可以重复使用高达9次。     

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。     

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。     

施玉米秸秆生物质炭对土壤腐殖质组成和结构特征的影响

生物质炭是黑碳的一部分,与腐殖质碳同为土壤有机碳慢库的组成部分,对土壤固碳、土壤肥力和环境解毒有重要作用。通过培养试验研究了土壤添加玉米秸秆生物质碳360 d后对土壤腐殖质组成及其结构特征的影响。结果表明:土壤添加生物质炭后,土壤有机碳和胡敏素含量随生物质炭用量的增加而增加,胡敏酸及富里酸含量随生物质炭用量增加而降低,可提取腐殖质中胡敏酸的比例差异不显著。施用生物质炭使土壤胡敏酸的色调系数下降、相对色度提高,H与C物质的量比和O与C物质的量比降低,高温放热与中温放热比值和高温失重与中温失重比值上升,施用生物质炭促使黑土胡敏酸的分子缩合度升高,氧化度下降,热稳定性提高,使胡敏酸分子结构复杂化,有利于土壤有机碳的稳定。     

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。     

果园废弃物生物质炭在果园中应用效果的研究进展

处理果园废弃物是果园生产中的重要环节,传统方式主要有填埋、饲料、焚化、堆肥、厌氧消化、酶利用等。果园废弃物生物质炭是以果园生产中的废弃物为原料,通过热解技术转化后获得生物质炭。将生物质炭返还于果园,这样不仅改良了果园土壤,还保障和提高了果实产量和品质。果园废弃物在果园中的合理应用对果园生产效率和生态环境具有重要的稳定作用,开展果园废弃物生物质炭的研究对其在果园中的合理应用和演变机质具有重要的科学意义和应用价值。目前,果园废弃物生物质炭的研究集中于不同类别果园废弃物生物质炭的制备原理和性质,改良土壤的效果以及有机肥配施对果园生产的影响。未来应重点关注：(1)进一步分类果园废弃物,制备更多满足差异化需求的生物质炭;(2)比较不同类别果园废弃物生物质炭施用的生产效益;(3)制备果园专用生物质炭基有机肥;(4)探讨果园废弃物生物质炭对果园生态环境的影响。图1表2参94     

浅析生物质炭基肥的应用效果

炭基肥是一种以生物质炭为基质,根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理,添加有机质或无机质配制而成的生态环保型肥料。文章首先介绍了生物质碳的特性,然后阐述了施用生物质炭基肥料的应用效果,可提高农作物的产量和品质,提高土壤活性,提高氮素利用率,将农林业产生的生物废弃物进行资源化高效利用与低碳农业有机结合。     

碱性肥料和生物质炭对土壤镉的钝化效果

采用室内土壤培养试验方法,以碱性肥料(钙镁磷肥、 硅钙钾镁肥)和生物质炭(竹炭、 木炭)为改良剂,按1％(质量分数)用量施加入Cd污染农田土壤,在不同培养时间(0、30、60、90、120 d)分别取样,测定土壤pH值、有机质含量、Cd有效性及其形态,研究不同改良剂对土壤Cd的钝化效果和机理.结果显示,施加硅钙钾镁肥和...     

生物质炭在农业生产中应用的研究进展

综述了近年来生物质炭在农业生产中应用的研究进展,包括土壤修复、减排固碳、作为缓释肥料载体、吸附污染物、改善土壤微生物生态环境,以期为生物质炭在农业生产中的应用提供参考。     

油菜饼粕生物炭制备过程中多环芳烃的生成、分配及毒性特征

以油菜饼粕为原料,在300、500、700℃下进行缺氧慢速热解,研究生物炭和生物油中PAHs(多环芳烃)的生成、分配及毒性特征。结果表明:PAHs的生成量随热解温度升高而逐渐减少,在300~700℃下热解后分配于生物炭和生物油中的PAHs含量分别为42.7~1 460.8μg·kg~(-1)和5 799.9~53 151.0μg·kg~(-1)。生成的PAHs以低环(2环、3环、4环)为主,其在生物炭和生物油中所占比例分别为97.4%~98.8%和97.8%~99.0%。97%以上的PAHs分配于生物油相,生物炭中PAHs的残留量较低。5环PAHs是生物炭和生物油中苯并[a]芘毒性当量浓度(TEQ_(BaP))的主要贡献者。较高温度条件下热解有利于降低PAHs的生成量及其潜在的致癌风险,可作为制备油菜饼粕生物炭的推荐工艺条件。     

北京东南郊再生水灌区土壤PAHs污染特征

采用Eijkelkamp土壤采样器对北京东南郊再生水灌区进行了3个钻孔剖面采样,同时采集了灌溉用水及地下水样品,并采用气相色谱-质谱联用仪对16种多环芳烃(PAHs)进行定量分析。结果表明,表层土壤中有14种PAHs检出,浓度在0.4～53.1μg·kg-1之间,∑PAHs平均含量为206.7μg·kg-1,达到了土壤污染临界值;表层以下PAHs的检出种类和含量显著减少,以中、低环的萘、菲、芴、荧蒽、芘为主,∑PAHs仅占表层的3.8%～12.0%,从剖面PAHs含量变化可以判断,低环PAHs较易迁移,迁移性强弱顺序为萘、芴>菲>芘、荧蒽;污灌区表土中PAHs组成与大气降尘接近,但与再生灌区有明显差异,这种差异主要由于灌溉用水不同所造成;再生水灌区表土以下土壤剖面检出的PAHs与再生水中的PAHs一致,说明再生水灌溉是导致土壤剖面PAHs污染的主要原因,同时地下水中检出的PAHs种类也与土壤剖面基本一致,但含量较高,可能是早期污水灌溉所造成。     

不同氧化体系去除污染土壤中多环芳烃的对比研究

采用类Fenton(芬顿)、高锰酸钾、过硫酸钠3种氧化体系去除污染土壤中的多环芳烃(PAHs),在最优实验因素配比条件下,其对污染土壤中PAHs的最高去除率分别为96.5%、94.0%和95.6%。在此基础上,进一步开展放大反应,改变水土质量比为0.6∶1,反应温度为25 ℃,3种氧化体系对PAHs的最高去除率分别为63.2%、72.1%和70.8%。以化学计量的氧化剂需求指数(SOD)评价3种氧化体系对PAHs的氧化效率,结果表明,高锰酸钾体系的氧化效率最高。由经济核算可知,高锰酸钾体系在实验条件下对PAHs污染土壤的修复成本最低。     

不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响

为研究环境中生物炭和微塑料之间的相互作用对有机污染物吸附产生的影响,选取两种粒径范围[0.85~2.00 mm（L）和0.11~0.18 mm（S）]的小麦秸秆生物炭（BC）和聚乙烯微塑料（PE）,对其性质进行表征,并测定了吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和组成,研究了其单独和共存时吸附菲的行为。结果表明：同种颗粒物不同粒径间的差异主要体现在总比表面积、孔结构和表面官能团数量;SBC的总比表面积（216.32 m²·g^-1）约是LBC（2.31 m²·g^-1）的100倍,而LBC的平均孔径（8.92 nm）约是SBC（2.28 nm）的4倍;SPE的总比表面积（0.17 m²·g^-1）是LPE（0.07 m²·g^-1）的2倍多。SBC羟基振动峰（3 400 cm^-1）的强度显著高于LBC;SPE亚甲基振动峰的强度高于LPE。吸附等温线结果显示,颗粒物对菲的吸附均符合Freundlich模型（R²>0.94）;单一颗粒物吸附菲能力（lg K_f）的顺序为SBC>SPE>LPE>LBC;当生物炭与聚乙烯微塑料共存时吸附能力强于单一颗粒物,并且高于两相Freundlich模型预测值,说明菲在生物炭与聚乙烯微塑料混合颗粒物上的吸附不是独立的;同时,混合颗粒物吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和芳香度明显下降,并且溶解性有机碳浓度与颗粒物的lg K_f显著负相关,说明不同颗粒物对菲的吸附不仅受颗粒物表面性质的影响,还受溶解性有机碳的控制。     

萘、菲、芘在土壤中的降解及其对植物生长的影响

【目的】分析多环芳烃(PAHs)萘、菲、芘在土壤中随时间的降解情况及其对小麦、小白菜生长的影响。【方法】采用盆栽试验,以小麦和小白菜为供试植物,研究PAHs不同起始含量(0(空白对照),50,100,200,500mg/kg)下土壤中萘、菲、芘残留量随时间的变化情况以及PAHs对植物发芽、生长的影响。设置小麦种植组、无植物对照组、无植物土壤灭菌对照组3个处理,研究种植小麦对土壤中PAHs萘、菲、芘含量的影响。【结果】小麦和小白菜种植90d时,土壤中萘、菲、芘的平均残留量分别为其起始含量的25.88%,29.84%和47.25%,萘、菲在土壤中的残留比率相差不大,而芘在土壤中的残留比率明显高于萘和菲。随着时间的推移,土壤中萘、菲、芘的残留量均逐渐降低,90d时残留量表现为芘菲萘。土壤中的萘、菲、芘对小白菜的发芽率和生长都有明显的抑制作用,并且土壤中PAHs起始含量越大,这种抑制作用越明显。PAHs对小麦发芽及生长情况的影响与小白菜有所差异,当土壤中PAHs的起始含量为0~100mg/kg时,PAHs对小麦的发芽具有一定的促进作用,而当PAHs起始含量超过100mg/kg时,其对小麦的发芽表现出抑制作用;与空白对照相比,不同含量PAHs对小麦生长的影响不明显。种植30d时,小麦种植组土壤中的萘、菲、芘残留量较起始含量(300mg/kg)分别减少了20.92%,21.75%和21.23%,较无植物对照组分别降低了9.75%,8.77%和9.96%,较无植物土壤灭菌对照组分别降低了8.88%,16.10%和16.14%。【结论】植物的存在能明显促进土壤中PAHs的降解,这是土壤微生物与植物共同作用的结果。     

锰氧化物改性生物炭对水中四环素的强化吸附

以MnCl2为改性剂,制备锰氧化物改性生物炭(MBC),用于强化生物炭对水中四环素的吸附。采用比表面积法(BET)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)等手段表征其微观结构,并通过单因素试验研究改性前后生物炭对四环素的吸附行为和影响因素。结果表明,Langmuir模型计算的MBC最大吸附量为736 mg·g^-1,较原始生物炭提高了15倍。吸附符合准二级动力学模型,受物理化学过程控制,是一个自发的吸热过程。溶液pH、二价阳离子对吸附影响较大,而一价阳离子和共存腐植酸对吸附影响微弱。MBC吸附水中四环素主要是通过氢键作用、静电作用及锰与四环素之间的配位作用,吸附效果较BC显著提高,且环境适应能力更强,对去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景。     

北京市东南郊再生水灌区地下水多环芳烃污染风险评估

为研究污染物随再生水进入地下环境后其迁移衰减情况及对地下水的潜在危害性,以Multi-cell模型为基础,结合污染物质量守恒、在水土中吸附再分配、生物降解等机理,针对地下水污染风险评估构建了计算污染物随水在土壤剖面的垂向迁移衰减一维模型,并以北京通州大兴再生水灌区为研究区域,以再生水中持久性有机污染物多环芳烃萘和菲为研究对象,根据当地钻孔资料及灌溉水水质、地下水水质资料,应用该模型进行试算.结果表明,经过多年连续灌溉后,通州大兴大部分地区进入潜水含水层的萘、菲浓度较低,整体污染风险较低,仅在通州区潞城镇等个别地区萘、菲浓度较高,应引起重视;由于大兴区整体包气带较厚,其污染风险低于通州区.土壤粘土层是萘、菲积累的主要层位,其吸附容量远大于细砂等粗颗粒介质,在土壤表层低环多环芳烃迁移性更强.应用这一模型,能够较为宏观地掌握通州大兴再生水灌区不同区域地下水中多环芳烃萘和菲的污染风险差异.     

土壤堆制系统中多环芳烃降解作用的研究

用实验室模拟的方法研究了在堆制条件下污染物的初始浓度及堆制材料的C／N质量比对污染土壤中难降解的四环到六环的多环芳烃的降解作用。以超声波萃取－高效液相色谱法对堆制材料中多环芳烃的浓度进行了测定。结果表明，堆制法对6种难降解的多环芳烃都有不同程度的降解作用，降解能力随着环数的增加而降低；多数多环芳烃的去除率随污染物浓度的增加而降低；相同的污染浓度下，堆制材料的C／N质量比为25：1时比40：1时去除率高。在堆制的升温期和高温期，多环芳烃的浓度有所提高，在降温期和腐熟期又有不同程度的降低。     

江苏句容地区土壤中多环芳烃的分布特征及来源

以江苏句容地区20个点位的土壤样品为试材,分析了该地区土壤中16种优控多环芳烃（PAHs）污染物的含量特征及污染水平。结果表明,该地区土壤中PAHs总量为5.15～375.19μg/kg,其中Flt含量最高,与西藏、北京、天津、汕头等地区相比,PAHs污染处于中等水平;土壤中PAHs以3环PAHs为主,主要单个污染物为Flt、Phe和Cry;秸秆焚烧、薪柴烹饪、燃煤取暖等人类活动是该地区多环芳烃主要来源因素,个别采样点因靠近交通干道,其多环芳烃主要来源于汽车尾气。