土壤污染修复中生物质炭的应用研究

2018-02-05闫海英

资源节约与环保 2018年8期

关键词：生物质活性炭表面积

闫海英

（河南省煤田地质局一队河南郑州 451150）

引言

土壤污染是经济发展必须面对的问题，而在污染的土壤当中使用生物质炭进行修复处理，不仅能保证修复效果，而且还能使各领域废弃物实现资源化，减少其它高价值原料的应用。

1 生物质炭性质

所谓生物质炭，实际上就是由含有碳的某种生物质在少氧环境下经裂解，或不完全燃烧后生成的物质。生物质炭常用生产原材料包括：农业废料，林加工副产物，食品加工废弃物与城市污泥。将这些原材料制成生物质炭，除了能实现废弃物的资源化，还能减少环境污染。

生物质炭由单、多环芳香化合物构成，生物学及化学稳定性均很强；组成元素包括碳、氢、氧、氮，还有其它植物中含有的营养元素，如钙、镁、钾、硫等，通常为碱性，pH值在5-12范围内；孔隙结构较为复杂，且比表面积很大，能提供很强的吸附力；结构表面有多种类型的含氧官能团，能提高阳离子实际交换量[1]。

生物质炭的许多性质都与活性炭相似，但成本及原材料却有着较大的差别。其中，活性炭适用于污水深度处理和制药等对精度有较高要求的行业，而土壤修复中如果使用活性炭，则显得不够经济，生物质炭的出现填补这一方面的不足。

2 土壤污染修复中的生物质炭具体应用分析

2.1 污染去除机理

（1）生物质炭具有一定碱性，且为典型的多孔结构，能保持空气及水分，可为微生物大量聚集创造良好条件。在土壤当中适量加入生物质炭，能激发微生物活性，增强对污染物进行的代谢。

（2）因生物质炭为多孔结构，并且比表面积较大，所以可形成具有特殊功能的载体，为微生物对土壤的修复提供辅助。

（3）生物质炭本身具有吸附力，能将土壤中的污染物吸附至自身周围，降低污染物浓度，并使污染物降解及迁移规律发生变化。

（4）生物质炭含有的复杂结构可以固定大分子颗粒，同时还具有强极性，能对污染物产生较强的亲和力，以去除污染物。

2.2 石油烃类污染修复

常出现于加油站和石油加工场地等，采用生物质炭，能加快污染物降解。Bushnaf等按照20g/kg的用量向石油烃类污染土壤中添加生物质炭，虽然生物质炭的添加使污染物被吸附量明显增加，但分支、支链和环状烷烃等的降解速度明显加快，使整体降解速度提高，和添加生物质炭相比，降解速度明显增加。此外，生物质炭凭借其比表面积，能为特殊微生物提供稳定载体，使这些特殊微生物更好的发挥作用。

2.3 农药类污染修复

农药在农业生产领域有大范围应用，在保证产量的同时也造成了一定程度的环境污染。其中，土壤直接受到农药的污染。生物质炭针对土壤的农药污染问题，集中于把生物质炭视作农药产品缓释载体。向农田土壤添加生物质炭，能改变农药污染物降解及转化规律。相关研究表明，向农田土壤中按照10-100t/hm2的用量添加生物质炭，能对西玛津分布及生物利用性产生直接影响，表现为生物质炭可以强烈吸附西玛津，减少地表径流。生物质炭不同用量对农药污染物修复有不同作用效果，比如：当用量为20、40g/kg时，它能对异丙隆进行有效吸附；而当用量减少到1g/kg时，将失去对异丙隆的吸附能力。

2.4 多环芳烃污染修复

对多环芳烃而言，它最大的特点在于具有持久性。这种化合物经常处在土壤颗粒以上，不容易发生变化。而一旦被生物体吸收，则会产生放大与富集，造成严重的危害。向这种土壤中加入生物质炭能使污染物不断向生物质炭中转移，以达到降低污染物浓度的作用。此外，生物质炭还能用于城市污泥有效改良，研究表明，它能作为一种调理剂抑制多环芳烃等污染物的扩散迁移，解决在农用领域使用污泥产生的污染。

3 生物质炭修复土壤污染的经济性

生物质炭的核心意义在于“变废为宝”，即生物质炭加工原料主要采用其它产业的废料，这就从原料上极大的降低了经济成本，而且它即使在正常土壤中应用，也能在不造成任何影响的前提下提高土壤肥力，这方面的作用已在美国、德国等实验中取得良好成果，特别适用于土壤贫瘠的地区。因此，对于生物质炭，无论是生产制备还是使用效果，其具有的经济性都是毋庸置疑的，它也是土壤修复领域主要发展趋势，已达成国际共识。