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随着工农业的发展,环境中的有机污染物种类及数量日益增加。多环芳烃属于环境中常见的一类有机污染物,具有广泛的来源,燃烧过程是多环芳烃的主要来源,燃油发动机、发电厂、垃圾燃烧、油田泄漏、食物加工、制造业以及工业活动等都会向环境中排放多环芳烃类物质。多环芳烃在水体环境中具有生物蓄积性,且具有大范围运移的潜力。在2008年颁发的欧洲水框架指令中,多环芳烃作为环境质量标准中的优先物质被首先列出。 目前,在相关治理措施中,利用生物质炭对多环芳烃类物质进行吸附治理已引起国内外学者的广泛关注。由于生物质炭具有较高的比表面积、较高的孔隙度以及丰富的官能团等特点而成为污染治理的研究热点。生物质炭不仅具有较好的污染治理效果,且用于制备生物质炭的原料多数为秸秆、畜禽粪便等废弃物,因此,利用生物质炭来治理环境污染不仅可以达到较好的治理效果还可以将废弃物资源化,提高治理措施的经济和环境效益。 本研究选取了玉米秸秆炭以及猪粪炭作为吸附剂,以多环芳烃中的典型研究物质菲为吸附质,研究了在水体及水/土界面中生物质炭对菲的吸附-解吸效果;并利用相关方程及系数定性定量分析对比了不同生物质炭的吸附-解吸性能;同时,将玉米秸秆炭进行除灰处理,进一步验证生物质炭的无机组分对有机污染物的吸附-解吸的影响效果。主要研究结果如下: (1)准二级动力学方程可以很好地拟合玉米秸秆炭对菲的动力吸附过程,而猪粪炭对菲的动力吸附则较符合颗粒内扩散方程。玉米秸秆炭能够较快地达到吸附平衡,而猪粪炭的平衡时间则是玉米秸秆炭的两倍。Langmuir能够较好地拟合玉米秸秆炭和猪粪炭对菲的等温吸附,且玉米秸秆炭和猪粪炭的饱和吸附量分别为2000 mg·g-1和909.09 mg·g-1;玉米秸秆炭具有较高的有机碳含量、较高的阳离子交换量以及pH,对菲的可能吸附机制主要以分配作用机制以及表面吸附作用为主。解吸试验中,初始设置浓度分别为1000μg·L-1和1200μg·L-1的菲溶液中,玉米秸秆炭和猪粪炭对菲的解吸迟滞系数㈣分别为0.5723、0.6919、0.3215以及0.5098;玉米秸秆炭以及猪粪炭对菲的连续6天的解吸率分别稳定在5%和12%左右。 (2)对玉米秸秆炭进行除灰处理后,在较低的平衡浓度范围内,洗脱前后玉米秸秆炭对菲的吸附平衡时间未变,但洗脱处理降低了饱和吸附量,增加了最大吸附缓冲量;洗脱玉米秸秆炭对菲的吸附亲和性降低,非线性增加;解吸试验中,洗脱后的玉米秸秆炭具有较高的解吸迟滞性,并且连续6天的解吸率变化较为平稳,基本稳定在3%左右,解吸率有随时间的增加而趋于平稳的趋势。洗脱处理后玉米秸秆炭对菲的表面吸附作用较突出,吸附后引起的孔隙结构改变增大,解吸作用降低。 (3)向有机质含量较低的土壤中分别添加0.5%和1%的玉米秸秆炭后,土壤对菲吸附的非线性增强,有机碳分配系数(Koc)分别由4.2×104增加到1.1×105和1.9×105L·Kg-1,统一平衡浓度求得的吸附参数(Kd)分别由178.53增加到269.46和909.21L·Kg-1;添加0.5%和1%的玉米秸秆炭的土壤中,生物质炭对菲的吸附贡献分别为58.82%和67.73%,随着施炭量的增加,吸附主体由土壤向生物质炭转变;相比于Freundlich方程的拟合结果,Langmuir方程只能进行定性描述,在缺乏具体有机质组分的情况下,无法进行定量描述。解吸结果显示,随着玉米秸秆炭添加量的增加,解吸迟滞系数逐渐增加。同一初始浓度溶液中连续6天的解吸率随着施炭量的增加而降低,同一施炭处理的土壤对菲的解吸率随着初始浓度的增加而增加。玉米秸秆炭的添加使得土壤中有机碳含量增加,从而增加了土壤对菲的滞留能力,降低了菲在土壤中的运移。相同处理下的盆栽试验同样印证了吸附-解吸的试验结果,随着盆栽土壤中施炭量的增加,菲在植株地上部的分布比例逐渐降低,土壤中的菲的总量逐渐增加但有效性含量有所降低,说明土壤中施加生物质炭后可以有效增加土壤对菲的滞留能力,从而使得菲在植株地上部及土壤中的有效性百分含量有所降低。 综上所述,环境友好型吸附剂生物质炭可以有效降低水/土界面中菲的运移,从而可缩小菲的污染范围。因此,利用生物质炭进行环境中菲污染的治理具有一定的可推广前景。