生物炭在土壤重金屬鎘污染治理中的應(yīng)用分析

田 正，李朝暉

（沅江市南大膳鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)站，湖南益陽(yáng) 413116）

生物炭在土壤重金屬鎘污染治理中的應(yīng)用分析

田 正，李朝暉

（沅江市南大膳鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)站，湖南益陽(yáng) 413116）

隨著鎘（Cd）污染治理過(guò)程中問(wèn)題的不斷出現(xiàn)，炭材料與鈍化劑的聯(lián)合應(yīng)用而生。為此，文章主要研究生物炭的吸附性能及其環(huán)境行為，并分析生物炭對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)效應(yīng)，為生物炭在重金屬鎘的防治提供了一定的理論依據(jù)。

重金屬 鎘污染 生物炭 土壤修復(fù)

鎘是一種毒性很強(qiáng)的重金屬元素，隨著工業(yè)廢棄物的胡亂排放，垃圾處理方式的不恰當(dāng)?shù)韧緩剑寥乐墟k的含量在不斷提高，鎘污染問(wèn)題十分嚴(yán)峻。生物炭是一種孔隙發(fā)達(dá)，吸附能力很強(qiáng)的物質(zhì)。它的應(yīng)用為控制及解決土壤鎘污染提供了技術(shù)幫助。

1 生物炭吸附性能及環(huán)境行為研究

1.1 炭材料旳“極性”和“非極性”性質(zhì)

炭材料的官能團(tuán)有酸性和堿性2種。其中，酸性的官能團(tuán)具有極性，官能團(tuán)越多，對(duì)極性物質(zhì)就有著越強(qiáng)的吸附性；另一種具有非極性。官能團(tuán)數(shù)量多，對(duì)于吸附極性較弱或者非極性的物質(zhì)有利。吸附性能還與炭材料的制作材料有關(guān)，這是由于不同的材料制得的產(chǎn)品密度不同，官能團(tuán)的數(shù)量也不同，并影響到炭材料的極性。此外，炭化溫度也會(huì)影響官能團(tuán)的密度。炭化的溫度越高，材料中的氧含量越低，炭材料便會(huì)從軟質(zhì)變?yōu)橛操|(zhì)，吸附性能也因此而改變。其中，對(duì)于有機(jī)污染物軟炭的吸附性能，主要集中于線性分配；硬炭則是非線性表面吸附。因此，依據(jù)材料的比表面積并不能很好地解釋炭材料的吸附性能，官能團(tuán)的密度才是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

1.2 炭材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)Cd2+吸附過(guò)程的影響

炭材料對(duì)Cd2+的吸附是一個(gè)物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程均有涉及的復(fù)雜過(guò)程。其中，物理吸附過(guò)程主要分為2個(gè)階段。在濃度較低時(shí)，是一種簡(jiǎn)單的表面吸附，隨著濃度的不斷升高，逐漸轉(zhuǎn)化為多層吸附，在不同空隙結(jié)構(gòu)的炭材料中，Cd2+擴(kuò)散速率不同，且物理吸附的性能不是特別好，在某些條件下Cd2+還是會(huì)擴(kuò)散出來(lái)；化學(xué)吸附則是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的吸附過(guò)程，它是利用炭材料的不同官能團(tuán)的吸附作用，官能團(tuán)數(shù)量越多，則對(duì)陽(yáng)離子的吸附性能越好。

1.3 影響不同炭材料吸附性能的因素

在活性炭的制作加工過(guò)程中，往往要對(duì)其進(jìn)行改性從而獲得較大的比表面積，然而，可能會(huì)降低Cd2+的飽和吸附量。類似于草本生物炭等物質(zhì)，盡管其比表面積不是很大。但其，Cd2+的飽和吸附量很高。在實(shí)際過(guò)程中，要兼顧比表面積和單位面積吸附效率2個(gè)因素，如果盲目地增大比表面積，會(huì)增加投入的成本。生物炭的來(lái)源廣泛，制作成本較低，并且對(duì)Cd2+有較強(qiáng)的吸附能力，因此，在鎘污染的治理方面更有優(yōu)勢(shì)。

2 生物炭對(duì)鎘污染土壤修復(fù)效應(yīng)的研究

2.1 生物炭對(duì)受污土壞中錫賦存形態(tài)的影晌

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在弱酸環(huán)境下的鎘污染農(nóng)田中，生物炭的添加，會(huì)使提取態(tài)鎘的含量明顯下降，且這一效果在高濃度下的鎘污染中更為明顯。如果將其與鈍化劑共同使用則會(huì)有更好的效果，提取態(tài)鎘的降低量將多余僅使用生物炭時(shí)10%，這便為實(shí)際工作中，鎘的短期活化及長(zhǎng)期鈍化等提供了理論基礎(chǔ)。在水稻田中施加生物炭，使鎘活化，再通過(guò)灌水、排水的方式將可溶態(tài)的鎘排除或者直接用弱酸性液體沖洗土壤，將溶于弱酸的鎘收集后處理。

2.2 鈍化劑和生物炭聯(lián)用體系的投加方式

相比于B-CSSH改性后的生物炭，在生物炭中添加B-CSSH的鎘鈍化效果要遠(yuǎn)好于前者，這可能由于在生物炭的改性過(guò)程中，吸附了一定量的B-CSSH，從而大大降低了生物炭的吸附能力。此外，也可能由于改性過(guò)程中，改變了生物炭中硬炭與軟炭的比例，從而使生物炭對(duì)鎘的鈍化作用減弱。所以，在實(shí)際過(guò)程中，應(yīng)采用先添加生物炭，后添加鈍化劑的方法，保證優(yōu)良的吸附性能。

3 結(jié)論

通過(guò)分析生物炭的吸附性能和環(huán)境行為，以及生物炭對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)效應(yīng)，探討了炭材料吸附性能的特點(diǎn)和影響因素，并對(duì)建立生物炭為核心的鎘污染治理體系進(jìn)行闡述。實(shí)驗(yàn)表明，這一體系對(duì)鎘污染治理有著顯著的成效，鎘的鈍化率明顯增大。

[1] 程琨，潘根興，張斌，等．測(cè)土配方施肥項(xiàng)目固碳減排計(jì)量方法學(xué)探討．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（9）

[2] 丁疆華，舒強(qiáng)．土壤環(huán)境中鎘，鋅形態(tài)轉(zhuǎn)化的探討．城市環(huán)境與城市生態(tài)，2011，14（2）