生物炭对复合污染土壤植物修复效果影响研究

摘要

近年来兴起的生物炭技术，由于具有多种环境效益，如改善土壤环境，提高粮食产量，消减环境风险等而受到广泛关注。生物炭制备原料来源广泛，制备工艺相对简单，具有精致的微孔结构和巨大的比表面积，吸附能力超强，其吸附行为可以影响污染物在环境中的迁移、转化、生物生态效应以及受污染的环境介质的控制和修复等过程。
　　 本文主要研究了不同原料不同温度下制备的生物炭中多环芳烃PAHs和典型重金属污染分析与潜在健康风险评估以及树皮生物炭施用对土壤-黑麦草(LoliumperenneL.)体系中PAHs及重金属迁移的影响，根据制备温度将水稻生物炭分别标记为R300，R400，R500，R600;大豆生物炭为B300，B400，B500，B600;树皮生物炭为W300，W400，W500，W600;猪粪生物炭为P300，P400，P500，P600.
　　 主要研究成果如下:
　　 (1)水稻、大豆、树皮及猪粪制备的生物炭中PAHs的含量分别为332.1-6358.8μg/kg,1345.2-4737.0μg/kg,501.5-4216.4μg/kg,182.7-1010.5μg/kg.不同原料制备的生物炭中，300℃下树皮生物炭中PAHs含量最高;400℃和500℃下水稻生物炭中PAHs含量最高;600℃下大豆生物炭中PAHs含量最高。水稻、大豆、及猪粪制备的生物炭中PAHs含量随着温度的变化规律为:400℃＞500℃＞300℃＞600℃，而树皮生物炭中PAHs含量随温度的升高而逐渐降低。总的来说，不同原料制备的生物炭中不同环数的PAHs含量随着裂解温度的升高而逐渐降低，即2环＞3环＞4环＞5环＞6环，低环中PAHs含量明显高于高环的。
　　 (2)不同原料制备的生物碳中，其中一半生物炭的总毒性当量浓度(TTEC)值均高于25μg/kg，这8个生物炭中PAHs对人体的致癌性有较大的潜在威胁，尤其是样品B300和W300，TTEC含量达到了89.9μg/kg和89.6μg/kg。而其余样品的TTEC值均低于25μg/kg，对人体健康潜在威胁较小。
　　 (3)生物炭中Cr、Co、Ni、Pb含量均低于土壤背景值（以红壤为参考），但Cu、Zn、Cd含量分别有43.75％，50％，81.25％超过土壤背景值，这表明在所有生物炭中Cd超标最为严重，Cu和Zn次之。总体来看，相同制备条件下生产的不同生物炭相比较，猪粪生物炭中重金属含量最高，大豆和水稻次之，树皮中重金属含量最低;高温条件下(500℃和600℃)制备的生物炭含有的重金属含量高于低温制备的生物炭。
　　 (4)生物炭中致癌物Cd所引起的健康风险比较明显，而且对儿童健康存在更大的潜在威胁。四种原料制备的生物炭中猪粪生物炭Cd含量最高，因此对人体健康潜在威胁最大。
　　 (5)生物炭对污染土壤-黑麦草体系中多环芳烃迁移有重要的影响。生物炭施用盆栽实验中，主要进行了四种处理:土壤未施肥情况下不添加炭和添加炭处理，标记为CK和C;施肥情况下不添加炭和添加炭处理，标记为NP和CNP。在四种处理中，无论施肥还是未施肥情况下，生物炭施用使土壤中16种PAHs有着不同程度的降低。这可能是由于生物炭的的多孔结构增加了土壤中微生物的活性，促进了PAHs的降解;植物中16种PAHs的含量是CNP＞NP;C＜CK。
　　 (6)生物炭对污染土壤-黑麦草体系中重金属迁移有重要的影响。在四种处理中，土壤中Cr、Co、Ni及Cd等重金属含量并无显著差异;而总的来说，无论施肥还是未施肥情况下，生物炭修复使植物吸收的重金属Cr、Ni及Cd含量明显较低，即CK＞C;NP＞CNP。这可能是由于生物炭的吸附作用抑制了植物对重金属的吸收，而固定在土壤中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 生物炭的概念

1．3 生物炭的制备方法

1．4 生物炭的性质

1．5 影响生物炭吸附的因素

1．6 生物炭中污染物潜在健康风险评价

1．7 生物炭的应用

1．8 研究的目的和意义

1．9 论文的技术路线

1．10 论文的创新点

第二章 生物炭中PAHs分析及其风险评价

2．1 引言

2．1．1 研究背景

2．1．2 多环芳烃概述

2．1．3 多环芳烃的健康风险评价

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器与设备

2．2．3 生物炭样品的制备

2，2．4 生物炭中PAHs预处理

2．2．5 PAHs分析测定方法

2．2．6 统计分析方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 不同原料不同温度制备的生物炭中PAHs含量

2．3．2 生物炭中PAHs潜在健康风险评价

2．4 本章小结

第三章 生物炭中重金属分析及潜在健康风险评价

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器与设备

3．2．3 生物炭中重金属提取与测定

3．2．4 生物炭中重金属健康风险评价

3．2．5 统计分析方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 不同原料不同温度下制备的生物炭中典型重金属含量

3．3．2 生物炭中重金属潜在健康风险评价

3．4 本章小结

第四章 生物炭施用对植物修复土壤中PAHs及重金属迁移的研究

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器与设备

4．2．3 供就土壤

4．2．4 供试植物

4．2．5 供试生物炭

4．2．6 盆栽实验

4．2．7 样品采集与制备

4．2．8 土壤基本理化性质的测定

4．2．9 土壤和植物中多环芳烃的提取和测定

4．2．10 土壤和植物中重金属的提取和测定

4．2．11 统计分析方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 生物炭施用对土壤质量的影响

4．3．2 生物炭施用对植物生长量的影响

4．3．3 生物炭施用对土壤中多环芳烃的去除影响

4．3．4 生物炭施用对植物吸收积累多环芳烃的影响

4．3．5 生物炭施用对土壤-植物体系中重金属迁移的影响

4．4 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

学位论文评阅及答辩情况表