生物炭-蛭石混合添加对疏浚底泥污染物淋滤行为及可植性的影响

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由于城市管网建设和雨污分流不到位,大量生活污水和工业废水未经处理排入河道,导致河道水体出现季节性甚至常年性黑臭现象,严重影响沿岸居民的生产和生活。对底泥进行疏浚被认为是消除黑臭水体最有效手段之一,然而疏浚工程会产生含有大量污染物的疏浚底泥,如何对疏浚底泥进行处理和处置已成为整个疏浚工程能否顺利开展的关键。疏浚底泥中含有大量氮、磷、钾等营养盐,具有作为生态袋填料的潜力。将疏浚底泥用作生态袋填料需要解决两个问题:一是要控制河道底泥中污染物向外淋滤,防止其对周围环境产生二次污染;二是要改善河道底泥的可植性,使其能够维持绿化植被良好生长。论文以西安市灞河河道底泥为研究对象,通过开展批式动态淋滤实验、培养实验和盆栽实验,研究生物炭-蛭石添加对河道底泥中污染物淋滤行为和可植性的影响,从而为河道底泥用作生态袋填料提供理论依据和技术指导。研究所得主要结论如下:1.批式动态淋滤实验研究结果表明:添加生物炭和蛭石可以降低底泥中污染物淋滤量,降低幅度随生物炭和蛭石添加量的增加而增大。污染物淋滤量降低主要归因于生物炭和蛭石对污染物的吸附作用;生物炭对Cu2+、Pb2+、Cr3+和PO43-最大吸附容量分别为22.74 mg/g、39.93 mg/g、72.40 mg/g和73.89 mg/g,蛭石对Cu2+、Pb2+、Cr3+和PO43-最大吸附容量分别为19.23 mg/g、22.27 mg/g、15.80 mg/g和78.97mg/g。生物炭和蛭石对于底泥中的各重金属和PO43-的吸附符合Langmuir模型;生物炭对Cu2+、Pb2+和Cr3+的吸附能力强于蛭石,但对PO43-的吸附则弱于蛭石。重金属形态分析实验结果显示,生物炭和蛭石可以使底泥中的铜和铅从不稳定态向稳定态转变,但对于铬形态的影响并不明显。添加生物炭和蛭石后底泥矿物组成分析没有显著变化。2.培养实验显示,生物炭和蛭石混合添加促使底泥的理化性质发生了复杂的变化。底泥的pH值和有机质含量以及渗透系数随着生物炭和蛭石添加量的不断增多而逐渐增大,与对照样相比,生物炭和蛭石添加量为2%、5%、10%和20%时(质量比),底泥pH值分别增加了0.06、0.18、0.52和0.58个单位,有机质含量分别提高了1.04倍、1.16倍、1.25倍和1.53倍,底泥渗透系数提高了1.04倍、2倍,2.5倍和3.7倍。底泥的密度、田间持水量、水解氮含量则随着生物炭和蛭石添加量的增多而逐渐减小,与对照样相比,当生物炭和蛭石添加量为2%、5%、10%和20%时(质量比),底泥密度分别降低了0.03 g/cm~3、0.21 g/cm~3、0.26 g/cm~3和0.41g/cm~3,底泥田间持水量分别下降了5.04 g/kg、6.89 g/kg、11.28 g/kg和20.05 g/kg,水解氮分别降低了3.6 mg/kg、32.6 mg/kg、35.7 mg/kg和53.6 mg/kg。3、盆栽实验显示,生物炭和蛭石的添加提高了黑麦草的发芽率。当生物炭和蛭石的添加量在5%~10%时,可以改善河道底泥可植性;与对照样对比,培育30d后,黑麦草株高提高了80.1%~96.1%,叶绿素含量增加了18%~38%,根系活力升高了41%~48%,生物量增加了28%~31%;培育45 d后,株高提高了83.9%~98.4%,叶绿素含量增加了18%~20%,根系活力升高了13%~32%,生物量增加了57%~84%。当生物炭和蛭石添加量达到20%时,生物炭和蛭石添加无法有效改善河道底泥的可植性。另外,生物炭和蛭石对底泥可植性的影响具有一定时效性,盆栽实验的前30 d影响较为明显,而在45 d后,影响程度随时间的延长而逐渐下降。
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