谈生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展

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　　摘    要：伴随着社会经济的发展和科技的进步，人们的生活水平也在不断提高，对于环境保护和经济的可持续发展也逐渐重视起来。如今已经有部分企业开始探索利用生物炭降低土壤中的重金属含量，以此来修复受污染的土壤。本文针对生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展进行了深入的探讨和研究。
　　关键词：生物炭;重金属污染;土壤修复;研究进展
　　1  土壤重金属污染现状
　　在如今这个工业生产行业快速发展的时代背景下，大量的工业废料被排放进入土壤，造成了一系列的土壤和地下水的污染问题，进而出现了类似农作物中有化学药品残留或者是重金属含量超标等危害到人们生命健康的问题，因此，我国的土壤重金属污染情况不容忽视，需要尽快采取针对性的解决措施。根据以往的统计数据来看，我国每年受到重金属污染的农作物高达1200万吨，因为这些污染的农作物问题会造成至少200亿元的经济损失。而且重金属污染有着不可逆和长期污染的特性，如果不及时采取治理措施，就会逐渐对土壤中的微生物活动产生影响，进而在农作物体内堆积，最终被人体所吸收[1]。
　　2  生物炭概况
　　由于生物炭的性质对于土壤重金属污染的治理效果起着关键性的作用，所以针对其制備条件和性质进行研究，选择最适合的制备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复工作水平的核心。
　　2.1  制备技术
　　生物炭制备技术是指在极度缺氧或者是低于700℃的情况下，对类似木头、树叶等生物质进行加热并获得富含碳物质的产物，这一过程一般被称作碳化或者是裂解。其中，热裂解技术是最常用的生物炭制备方法，主要操作流程就是将生物质在缺氧的环境下利用高温分解的方式生产出生物炭以及氢气这类燃料，对热裂解技术产生的副产品加以利用还可以有效提高经济收益。
　　根据生物质的热裂解温度以及加热时间等因素的差异，可以将该制备方式细分为慢速热裂解、快速热裂解、气化以及水热炭化四种，详细对照可见表1。
　　2.2  性质
　　（1）元素构成。生物炭的主要由C、H、O、N等元素组成，其中碳元素的含量最高，这些元素组成的芳香化和烷基结构是生物炭主要成分，根据生物质来源的不同又可以将其分为植物类生物炭或者是动物类生物炭[2]。由于在植物类生物炭中木材来源较多，所以导致其中含有较高的碳元素，而动物类生物炭中碳元素的含量会比较低，但是灰分之类的元素含量更高，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矿物质氧化物或者是碳酸盐，其在溶液中呈现碱性，所以具备较高的pH值，根据以往数据研究可以得出结论，生物炭的pH值与其热裂解的温度有直接关系。在热解温度由300℃升高到600℃时，生物炭的pH值超过了7.5，而且还有不断升高的趋势。植物类生物炭中的灰分含量低，所以升高热解温度会导致其pH值升高，而动物类生物炭中的灰分含量高，其本身的pH值就比较高，进而提升土壤中的pH值，减少重金属的溶解和迁移现象。
　　3  生物炭对重金属污染土壤的修复
　　3.1  对有机物污染土壤的修复
　　生物炭对有机物污染土壤的修复主要体现在杀虫、除草剂以及抗生素等，现阶段普遍认为生物炭对有机物的吸附分为表面吸附和分配作用两方面，首先是表面吸附作用，因为生物炭结构属于非常稳定而且多孔的结构，所以表面积会比较大，因此会产生比较强的有机物吸附能力。生物炭对有机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对于有机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体现在其碳化组分，不同的污染物之间会出现竞争吸附的现象。其次，分配作用主要体现在生物炭的非碳化部分，并不会存在竞争吸附现象。而生物炭普遍不会完全碳化，其吸附和分配的能力是由生物炭的相对碳化以及非碳化部分，还有生物炭的整体性质来决定的。通常情况下，一些中性的有机化合物是由高温裂解得到的生物炭进行吸附，而低温裂解得出的生物炭除了进行表面吸附之外还会有一部分分配到剩余的有机相中。
　　3.2  对土壤中重金属的吸附
　　生物炭吸附污染土壤中的重金属主要是依靠提高土壤中的阳离子交换量来实现的，其中阳离子的交换量越高，对土壤中的金属阳离子吸附量就会越大，进而将金属离子固定在土壤中，有效降低了重金属的污染程度，达到了对土壤进行修复的目的。生物炭对于重金属污染土壤的修复会被以下几点因素影响，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属，此外，在土壤中添加生物炭还可以提高ph和阳离子交换能力，所以能够有效降低土壤中的金属浓度。其次，生物炭的制备原料也会对土壤修复质量产生影响，因为其表面积的不同也会造成氨氮吸附能力的改变，而且原料的改变也会导致生物炭的性质以及固定重金属的改变。再次是不同温度下的热解生物炭的理化性质都有着很大差异，其亲水性和吸附能力都会随之而改变。最后是污染土壤的类型不同，其理化性质也会不同，这些不同类型的土壤中会出现不同程度的重金属污染，所以生物炭对其体现出的修复成果也会有很大的差异。
　　4  结束语
　　综上所述，生物炭这种新型吸附剂的制备来源是非常复杂多样的，对于土壤重金属污染的治理方面也得到了很广泛的应用，还有着非常大的研究空间。现阶段我国针对其进行的大部分研究都在比较理想的条件基础上进行，还需要结合其他重金属污染的治理技术和方法以及实际的污染情况进行综合的研究，以此来提高生物炭对土壤重金属污染的治理水平。
　　参考文献：
　　[1] 王静，牟珍珍，雷玛特·伊斯兰.生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展[J].湖北农业科学，2018（14）：7～11+16.
　　[2] 鲁秀国，武今巾，过依婷.生物炭修复重金属污染土壤的研究进展[J].应用化工，2019（5）：192～197.
　　[3] 狄欣，重金属污染土壤的修复技术及其修复效果评定分析[J].生态环境与保护，2019（1）：11～12.
　　基金项目：
　　陕西省重点研发计划—城市污损土地修复技术研究与工程示范（2019SF-245）。
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