生物炭/白腐霉真菌对底泥堆肥中重金属稳定性的影响

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社会的快速发展导致底泥重金属污染问题越来越严重。疏浚技术具有很强的可操作性和丰富的工程实践经验,是目前应用最为广泛的河道内源污染治理技术。同时,堆肥技术被认为是对疏浚底泥资源化利用的有效途径之一。然而重金属的存在大大限制了疏浚底泥堆肥化后的资源化利用。因此,研究生物炭/白腐真菌对底泥堆肥过程中重金属稳定性的影响,了解堆肥过程中溶解性有机物(DOM)中的荧光组分与重金属有效态(DTPA提取)的关系,不仅对探索生物炭/白腐真菌钝化底泥堆肥中重金属的机理、发展异位修复重金属污染底泥的方法具有非常重要的意义,而且可为将生物炭/白腐真菌添加于重金属污染底泥的异位堆肥修复提供理论借鉴。本试验以GD省SG市QJ区SX镇某河流底泥作为主要试验对象,构建底泥、稻草、菜叶和麸皮的共堆肥体系。试验共设四个不同堆肥处理组,分别是对照组、白腐真菌组、生物炭组和生物炭+白腐真菌组。堆肥时间设为60天,以考察单独添加白腐真菌、单独添加生物炭以及同时生物炭和白腐真菌于堆体对底泥堆肥化进程及Cu、Zn和Cd有效态(DTPA提取)的影响。试验先检测各堆体中温度、含水率、p H值、TOC/TN、种子发芽指数(GI)的变化,然后将DOM分为富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和亲水性物质(Hy I)三种成分,利用三维荧光光谱扫描结合平行因子(PARAFAC)分析方法辨别出FA、HA和Hy I这三种成分中的荧光组分,并分析白腐真菌和生物炭的单独添加及同时添加生物炭与白腐真菌对底泥堆肥化进程及DOM中不同荧光组分的影响;之后分析生物炭/白腐真菌的添加对堆体中Cu、Zn和Cd总量及其有效态(DTPA提取)的影响;最后,通过对重金属有效态(DTPA提取)与DOM中不同荧光组分之间的相关性分析,研究白腐真菌、生物炭以及同时添加生物炭和白腐真菌对底泥堆肥化过程中重金属稳定性的影响。试验的研究结果表明:堆肥结束时,四个堆体均达到了腐熟的状态,且p H值均在适合植物生长的适宜p H值(6.5-7.5)范围内。虽然堆肥过程中各堆体的温度、含水率和TOC/TN差别不大,但相较于对照组,生物炭/白腐真菌的添加能降低堆体堆肥产品的植物毒性。堆肥结束后,白腐真菌组、生物炭组和生物炭+白腐真菌组中的GI值比对照组的分别提高了28.13%、49.85%和49.41%。堆肥结束后,虽然四个堆体中目标重金属的总量均有所增加。另外,除了Cu有效态有所增加外,堆肥结束后Zn和Cd的有效态含量均有所下降。在这个过程中,生物炭/白腐真菌的添加均能有效降低堆体中有效态Zn和Cd的含量。相对堆肥前,对照组、白腐真菌组、生物炭组和生物炭+白腐真菌组中有效态Zn(DTPA提取)的提取率分别降低了38.98%、45.72%、42.55%和43.22%;有效态Cd(DTPA提取)的提取率分别降低了27.5%、45.20%、37.15%和44.45%。堆肥能够导致堆体中更加稳定、复杂的结构(例如,苯、醌类有机物)产生。相比对照组,白腐真菌与生物炭的添加均能够促进堆体中类苯类物质和含醌类化合物的产生。白腐真菌的单独添加能够促进DOM中类苯类有机物的快速形成以及其在固化过程中的生物稳定化。生物炭的添加主要是促进堆体FA、HA和Hy I中类苯类有机物以及含醌类物质的形成,同时使得堆体Hy I成分中的蛋白质类有机物的芳香缩聚或共轭色团含量的增加。同时添加生物炭和白腐真菌于堆体也促进了堆体中类苯类有机物和含醌类物质的增加。堆肥过程中,FA、HA和Hy I中的荧光组分对重金属有效态的影响跟其种类有关。FA中的类苯类有机物以及含醌类物质和Hy I中的含醌类化合物不利于堆肥中Cu有效态(DTPA提取)含量的降低;而FA中的类苯类有机物以及含醌类物质以及Hy I中的含醌类物质对有效态Zn和Cd的活性起降低作用。以上结果说明,堆肥对重金属的钝化具有选择性;生物炭/白腐真菌对底泥堆肥中的特定重金属具有一定的钝化效果,但是生物炭与白腐真菌之间没有协同作用。
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