談生物炭對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的研究進(jìn)展

黃昕

摘? ? 要：伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展也逐漸重視起來(lái)。如今已經(jīng)有部分企業(yè)開(kāi)始探索利用生物炭降低土壤中的重金屬含量，以此來(lái)修復(fù)受污染的土壤。本文針對(duì)生物炭對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了深入的探討和研究。

關(guān)鍵詞：生物炭;重金屬污染;土壤修復(fù);研究進(jìn)展

1? 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

在如今這個(gè)工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，大量的工業(yè)廢料被排放進(jìn)入土壤，造成了一系列的土壤和地下水的污染問(wèn)題，進(jìn)而出現(xiàn)了類似農(nóng)作物中有化學(xué)藥品殘留或者是重金屬含量超標(biāo)等危害到人們生命健康的問(wèn)題，因此，我國(guó)的土壤重金屬污染情況不容忽視，需要盡快采取針對(duì)性的解決措施。根據(jù)以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)每年受到重金屬污染的農(nóng)作物高達(dá)1200萬(wàn)噸，因?yàn)檫@些污染的農(nóng)作物問(wèn)題會(huì)造成至少200億元的經(jīng)濟(jì)損失。而且重金屬污染有著不可逆和長(zhǎng)期污染的特性，如果不及時(shí)采取治理措施，就會(huì)逐漸對(duì)土壤中的微生物活動(dòng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而在農(nóng)作物體內(nèi)堆積，最終被人體所吸收[1]。

2? 生物炭概況

由于生物炭的性質(zhì)對(duì)于土壤重金屬污染的治理效果起著關(guān)鍵性的作用，所以針對(duì)其制備條件和性質(zhì)進(jìn)行研究，選擇最適合的制備方案和污土治理手段，才是降低治理成本以及提高生物炭修復(fù)工作水平的核心。

2.1? 制備技術(shù)

生物炭制備技術(shù)是指在極度缺氧或者是低于700℃的情況下，對(duì)類似木頭、樹(shù)葉等生物質(zhì)進(jìn)行加熱并獲得富含碳物質(zhì)的產(chǎn)物，這一過(guò)程一般被稱作碳化或者是裂解。其中，熱裂解技術(shù)是最常用的生物炭制備方法，主要操作流程就是將生物質(zhì)在缺氧的環(huán)境下利用高溫分解的方式生產(chǎn)出生物炭以及氫氣這類燃料，對(duì)熱裂解技術(shù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品加以利用還可以有效提高經(jīng)濟(jì)收益。

根據(jù)生物質(zhì)的熱裂解溫度以及加熱時(shí)間等因素的差異，可以將該制備方式細(xì)分為慢速熱裂解、快速熱裂解、氣化以及水熱炭化四種，詳細(xì)對(duì)照可見(jiàn)表1。

2.2? 性質(zhì)

（1）元素構(gòu)成。生物炭的主要由C、H、O、N等元素組成，其中碳元素的含量最高，這些元素組成的芳香化和烷基結(jié)構(gòu)是生物炭主要成分，根據(jù)生物質(zhì)來(lái)源的不同又可以將其分為植物類生物炭或者是動(dòng)物類生物炭[2]。由于在植物類生物炭中木材來(lái)源較多，所以導(dǎo)致其中含有較高的碳元素，而動(dòng)物類生物炭中碳元素的含量會(huì)比較低，但是灰分之類的元素含量更高，也就可以更好的提高土壤肥力。

（2）pH值。生物炭的灰分包含了礦物質(zhì)氧化物或者是碳酸鹽，其在溶液中呈現(xiàn)堿性，所以具備較高的pH值，根據(jù)以往數(shù)據(jù)研究可以得出結(jié)論，生物炭的pH值與其熱裂解的溫度有直接關(guān)系。在熱解溫度由300℃升高到600℃時(shí)，生物炭的pH值超過(guò)了7.5，而且還有不斷升高的趨勢(shì)。植物類生物炭中的灰分含量低，所以升高熱解溫度會(huì)導(dǎo)致其pH值升高，而動(dòng)物類生物炭中的灰分含量高，其本身的pH值就比較高，進(jìn)而提升土壤中的pH值，減少重金屬的溶解和遷移現(xiàn)象。

3? 生物炭對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)

3.1? 對(duì)有機(jī)物污染土壤的修復(fù)

生物炭對(duì)有機(jī)物污染土壤的修復(fù)主要體現(xiàn)在殺蟲(chóng)、除草劑以及抗生素等，現(xiàn)階段普遍認(rèn)為生物炭對(duì)有機(jī)物的吸附分為表面吸附和分配作用兩方面，首先是表面吸附作用，因?yàn)樯锾拷Y(jié)構(gòu)屬于非常穩(wěn)定而且多孔的結(jié)構(gòu)，所以表面積會(huì)比較大，因此會(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)的有機(jī)物吸附能力。生物炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力是普通土壤的400～2500倍，所以在土壤中放置少量的生物炭就可以大幅度提高土壤對(duì)于有機(jī)污染物的吸附力和吸附容量[3]。除此之外，生物炭的表面吸附主要體現(xiàn)在其碳化組分，不同的污染物之間會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象。其次，分配作用主要體現(xiàn)在生物炭的非碳化部分，并不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象。而生物炭普遍不會(huì)完全碳化，其吸附和分配的能力是由生物炭的相對(duì)碳化以及非碳化部分，還有生物炭的整體性質(zhì)來(lái)決定的。通常情況下，一些中性的有機(jī)化合物是由高溫裂解得到的生物炭進(jìn)行吸附，而低溫裂解得出的生物炭除了進(jìn)行表面吸附之外還會(huì)有一部分分配到剩余的有機(jī)相中。

3.2? 對(duì)土壤中重金屬的吸附

生物炭吸附污染土壤中的重金屬主要是依靠提高土壤中的陽(yáng)離子交換量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中陽(yáng)離子的交換量越高，對(duì)土壤中的金屬陽(yáng)離子吸附量就會(huì)越大，進(jìn)而將金屬離子固定在土壤中，有效降低了重金屬的污染程度，達(dá)到了對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)的目的。生物炭對(duì)于重金屬污染土壤的修復(fù)會(huì)被以下幾點(diǎn)因素影響，首先是生物炭的添加量，也就是添加量越大就越能更好的固定重金屬，此外，在土壤中添加生物炭還可以提高ph和陽(yáng)離子交換能力，所以能夠有效降低土壤中的金屬濃度。其次，生物炭的制備原料也會(huì)對(duì)土壤修復(fù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，因?yàn)槠浔砻娣e的不同也會(huì)造成氨氮吸附能力的改變，而且原料的改變也會(huì)導(dǎo)致生物炭的性質(zhì)以及固定重金屬的改變。再次是不同溫度下的熱解生物炭的理化性質(zhì)都有著很大差異，其親水性和吸附能力都會(huì)隨之而改變。最后是污染土壤的類型不同，其理化性質(zhì)也會(huì)不同，這些不同類型的土壤中會(huì)出現(xiàn)不同程度的重金屬污染，所以生物炭對(duì)其體現(xiàn)出的修復(fù)成果也會(huì)有很大的差異。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，生物炭這種新型吸附劑的制備來(lái)源是非常復(fù)雜多樣的，對(duì)于土壤重金屬污染的治理方面也得到了很廣泛的應(yīng)用，還有著非常大的研究空間?，F(xiàn)階段我國(guó)針對(duì)其進(jìn)行的大部分研究都在比較理想的條件基礎(chǔ)上進(jìn)行，還需要結(jié)合其他重金屬污染的治理技術(shù)和方法以及實(shí)際的污染情況進(jìn)行綜合的研究，以此來(lái)提高生物炭對(duì)土壤重金屬污染的治理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王靜，牟珍珍，雷瑪特·伊斯蘭.生物炭對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的研究進(jìn)展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（14）：7～11+16.

[2] 魯秀國(guó)，武今巾，過(guò)依婷.生物炭修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2019（5）：192～197.

[3] 狄欣，重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)效果評(píng)定分析[J].生態(tài)環(huán)境與保護(hù)，2019（1）：11～12.

基金項(xiàng)目：

陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃—城市污損土地修復(fù)技術(shù)研究與工程示范（2019SF-245）。