论文部分内容阅读
多环芳烃（PAHs）是在我国被频繁检测超出规定值的持久性有机污染物,目前固定化微生物修复技术引起人们的关注,但载体的选择至关重要。低温制备的生物炭产量高,偏弱碱性,具有丰富的营养元素,能提高土壤中的生物有效性（微生物的可利用性）。高温制备的生物炭灰分高,表面更褶皱,吸附能力更强,能有效的固定化微生物。生物炭吸附能力强、比表面积大。因此,可应用于土壤污染修复。本研究以工农业废弃物玉米芯、小麦秸秆和松木屑等为前体物,分别在300℃、500℃条件下制备6种不同类型生物炭（C300、C500、B300、B500、W300、W500）,对其进行结构表征,并探讨了生物炭理化性质与其吸附性能间的构效关系;分别以这6种生物炭及其十字交叉混配后的混合生物炭为载体,以前期工作研究筛选并鉴定的耐冷假单胞菌（Pseudomonas sp.S4）与高山被孢霉（Mortierella alpine.J7）为PAHs降解混合菌,采用吸附固定化方法制备生物修复材料,研究了固定化耐冷混合菌对低温条件下土壤PAHs的降解效果,并探讨了生物炭对土壤中典型PAHs迁移过程的影响,优化了工程应用时的主要参数,为寒冷地区有机污染土壤的微生物原位修复提供新思路、新材料和新方法。主要结论如下:（1）通过对比3种材料2个热解温度生物炭的SEM、比表面积及空隙结构、元素含量、表面官能团等理化性质,研究了生物炭微观结构与其吸附性能间的构效关系。结果表明:随着热解温度的升高,生物炭的官能团增多,炭化程度加深,灰分含量明显升高。比表面积的比值为:C500＞W500＞W300＞B500＞B300＞C300,空隙体积的比值为:C500＞W300＞B300＞C300＞W500＞B500。玉米芯500（C500）和松木屑500（W500）生物炭的比表面积较大,分别为3.59 m~2/g、2.92 m~2/g。玉米芯500（C500）和松木屑300（W300）生物炭的空隙结构较大,分别为4.45 m~2/g、4.32 m~2/g。C/N比值为:W300＞W500＞C500＞B300＞B500＞C300,玉米芯300生物炭的C/N比值最接近25,最适宜微生物的生长。（2）500℃热解条件下,小麦秸秆500（B500）生物炭固定化菌剂对菲（Phe）、芘（Pyr）降解效果最好,降解率分别为63.83%、54.55%。300℃热解条件下,松木屑300（W300）生物炭固定化菌剂对菲（Phe）降解效果最好,降解率为50.07%,小麦秸秆300（B300）生物炭固定化菌剂对芘（Pyr）降解效果最好,降解率为49.56%。对6种生物炭进行十字交叉混合,探究混合生物炭加载耐冷微生物对土壤PAHs的降解效果。结果表明:玉米芯300+松木屑300（C300+W300）、玉米芯500+松木屑500（C500+W500）、小麦秸秆300+玉米芯500（B300+C500）和小麦秸秆500+玉米芯500（B500+C500）生物炭固定化混合菌对土壤中的Phe、Pyr降解效果较好,去除率分别为62.14%/54.53%、65.28%/55.87%、60.83%/47.98%和60.31%/45.75%。（3）在此基础上,研究了混合生物炭对土壤中典型PAHs迁移过程的影响,结果表明:生物炭、土壤、混合物中生物炭、混合物中土壤、混合物对Phe平衡吸附量分别为4.66μg/mg、25.10μg/g、1μg/mg、23.11μg/g、26.10μg/g。土壤对Phe的吸附更接近于准一级动力学模型,属于物理吸附。生物炭对Phe的竞争吸附更接近于准二级动力学模型,属于化学吸附,且主要为表面吸附。（4）通过对比不同比例混合生物炭固定化菌剂与生物炭和游离菌对PAHs的降解效果。结果表明:2:1混合生物炭（CWJ2:1）＞1:1混合生物炭（CWJ1:1）＞1:2混合生物炭（CWJ1:2）＞游离菌（J）＞生物炭（CW）＞CK。2:1混合生物炭（CWJ2:1）固定化菌剂降解速率较快、降解效果最好,对土壤Phe、Pyr的去除率分别为51.87%、45.28%。生物炭固定化菌剂对PAHs土壤的修复效果均高于生物炭和游离菌,生物炭起到了促进耐冷混合菌S4J7对土壤PAHs的修复的效果。所有处理组对土壤中Phe的修复效果均高于Pyr。