【摘 要】
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大量的磷随着地表径流进入水体是造成富营养化的主要原因,同时磷也是一种有限且不可再生的资源。因此,采取经济有效的方法从废水中回收磷,对于减少水体富营养化和缓解磷资源短缺具有重要的意义。本文利用废弃的生物质材料-芦苇制备纳米零价铁改性生物炭（Nano zero-valent iron modified biochar,n ZVI-BC）,评估不同热解条件下制备的n ZVI-BC对磷的吸附性能,通过各种
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大量的磷随着地表径流进入水体是造成富营养化的主要原因,同时磷也是一种有限且不可再生的资源。因此,采取经济有效的方法从废水中回收磷,对于减少水体富营养化和缓解磷资源短缺具有重要的意义。本文利用废弃的生物质材料-芦苇制备纳米零价铁改性生物炭（Nano zero-valent iron modified biochar,n ZVI-BC）,评估不同热解条件下制备的n ZVI-BC对磷的吸附性能,通过各种表征手段（XRD、FIRT、XPS和SEM-EDS）探究其对磷的吸附机理。实验模拟不同水环境条件,探究生物炭（Biochar,BC）对上覆水和底泥中不同形态磷的含量的影响,并研究添加BC对小试实验中的底泥中微生物群落结构的影响。此外,分析将吸附磷的BC施加到土壤中对小麦幼苗生理特性的影响,探索将其作为缓释磷肥的可行性。主要研究结论如下:（1）确定了n ZVI-BC的最佳制备方法。将芦苇在不同热解温度（300°C、500°C、700°C和900°C）下热解制备n ZVI-BC,对其进行吸附动力学和吸附等温线实验。700°C制备的n ZVI-BC（Fe-700-BC）具有最好的磷吸附性能,其吸附符合准二级动力学模型和Freundlich等温线模型,根据Langmuir等温吸附模型得到Fe-700-BC对水中磷酸盐的饱和吸附容量为95.2 mg/g。（2）研究了n ZVI-BC对磷的吸附机理。Fe-700-BC的SEM图像显示n ZVI成功附着在BC表面,使其表面变得粗糙。纳米零价铁降低了BC的电负性,使Fe-700-BC更容易吸附磷。此外,XRD和XPS结果表明,磷与Fe-700-BC发生沉淀、离子交换和内球络合等反应,在BC的表面和内部可能形成新的Fe-P晶体,主要为Fe PO4。（3）分析了不同环境条件（有无底泥,有无扰动、有无藻类）下Fe-700-BC对上覆水和底泥中磷的去除。结果显示,Fe-700-BC的存在有利于减少上覆水中总磷（Total Phosphorus,TP）和可溶性反应磷（Soluble Reactive Phosphorus,SRP）的浓度,其中SRP几乎完全被去除。Fe-700-BC通过降低上覆水中磷浓度间接达到抑制藻类生长的目的,同时Fe-700-BC中所含的铁元素也影响叶绿素a形成;同时,在扰动条件下,沉积物中磷的高释放量和Fe-700-BC的强吸附共同作用导致有Fe-700-BC存在的反应器中吸附无机磷（Weakly Adsorbed Inorganic Phosphorus,WA-Pi）、潜在的活性无机磷（Potential Active Inorganic Phosphorus,PA-Pi）和Fe/Al结合态无机磷（Fe/Al-bound Inorganic Phosphorus,Fe/Al-Pi）的含量明显降低。Fe/Al-Pi是沉积物中无机磷的主要存在形式,但有藻类存在的情况下,在水-沉积物交换界面的Fe/Al-Pi含量增加。（4）研究了BC对微生物群落以及对小麦幼苗生长的影响。结果表明,添加Fe-700-BC后对沉积物中微生物群落结构、多样性和丰富度影响不明显。将从小试实验中收集吸附磷后的Fe-700-BC（P-laden BC）应用于土壤中,低浓度P-laden BC对小麦幼苗的生长表现为促进（0.5 wt%）,而高浓度则表现为抑制（1 wt%和2 wt%）。重金属含量检测结果表明,P-laden BC含有的重金属含量均低于国家标准,施用于土壤中安全且可靠。
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