生物炭在土壤重金屬鎘污染治理中的應用分析

田 正，李朝暉

（沅江市南大膳鎮農業技術推廣服務站，湖南益陽 413116）

生物炭在土壤重金屬鎘污染治理中的應用分析

田 正，李朝暉

（沅江市南大膳鎮農業技術推廣服務站，湖南益陽 413116）

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

重金屬 鎘污染 生物炭 土壤修復

鎘是一種毒性很強的重金屬元素，隨著工業廢棄物的胡亂排放，垃圾處理方式的不恰當等途徑，土壤中鎘的含量在不斷提高，鎘污染問題十分嚴峻。生物炭是一種孔隙發達，吸附能力很強的物質。它的應用為控制及解決土壤鎘污染提供了技術幫助。

1 生物炭吸附性能及環境行為研究

1.1 炭材料旳“極性”和“非極性”性質

炭材料的官能團有酸性和堿性2種。其中，酸性的官能團具有極性，官能團越多，對極性物質就有著越強的吸附性；另一種具有非極性。官能團數量多，對于吸附極性較弱或者非極性的物質有利。吸附性能還與炭材料的制作材料有關，這是由于不同的材料制得的產品密度不同，官能團的數量也不同，并影響到炭材料的極性。此外，炭化溫度也會影響官能團的密度。炭化的溫度越高，材料中的氧含量越低，炭材料便會從軟質變為硬質，吸附性能也因此而改變。其中，對于有機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，官能團的密度才是解決這一問題的關鍵。

1.2 炭材料結構和性質對Cd2+吸附過程的影響

炭材料對Cd2+的吸附是一個物理過程和化學過程均有涉及的復雜過程。其中，物理吸附過程主要分為2個階段。在濃度較低時，是一種簡單的表面吸附，隨著濃度的不斷升高，逐漸轉化為多層吸附，在不同空隙結構的炭材料中，Cd2+擴散速率不同，且物理吸附的性能不是特別好，在某些條件下Cd2+還是會擴散出來；化學吸附則是一個相對穩定的吸附過程，它是利用炭材料的不同官能團的吸附作用，官能團數量越多，則對陽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程中，往往要對其進行改性從而獲得較大的比表面積，然而，可能會降低Cd2+的飽和吸附量。類似于草本生物炭等物質，盡管其比表面積不是很大。但其，Cd2+的飽和吸附量很高。在實際過程中，要兼顧比表面積和單位面積吸附效率2個因素，如果盲目地增大比表面積，會增加投入的成本。生物炭的來源廣泛，制作成本較低，并且對Cd2+有較強的吸附能力，因此，在鎘污染的治理方面更有優勢。

2 生物炭對鎘污染土壤修復效應的研究

2.1 生物炭對受污土壞中錫賦存形態的影晌

從長遠來看，在弱酸環境下的鎘污染農田中，生物炭的添加，會使提取態鎘的含量明顯下降，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有更好的效果，提取態鎘的降低量將多余僅使用生物炭時10%，這便為實際工作中，鎘的短期活化及長期鈍化等提供了理論基礎。在水稻田中施加生物炭，使鎘活化，再通過灌水、排水的方式將可溶態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的鎘鈍化效果要遠好于前者，這可能由于在生物炭的改性過程中，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，也可能由于改性過程中，改變了生物炭中硬炭與軟炭的比例，從而使生物炭對鎘的鈍化作用減弱。所以，在實際過程中，應采用先添加生物炭，后添加鈍化劑的方法，保證優良的吸附性能。

3 結論

通過分析生物炭的吸附性能和環境行為，以及生物炭對鎘污染土壤的修復效應，探討了炭材料吸附性能的特點和影響因素，并對建立生物炭為核心的鎘污染治理體系進行闡述。實驗表明，這一體系對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．測土配方施肥項目固碳減排計量方法學探討．農業環境科學學報，2011，30（9）

[2] 丁疆華，舒強．土壤環境中鎘，鋅形態轉化的探討．城市環境與城市生態，2011，14（2）