關於生物炭的環境吸附行為及在土壤重金屬鎘汙染治理中的運用探討論文
摘要：在土壤汙染中，鎘是一種毒性非常強的汙染元素，而且非常容易進入人體，對人體健康產生危害。我國土壤鎘超標的現象已經非常嚴重，找到一種快速有效的方法來治理該汙染問題，已經迫在眉睫。生物炭是一種具有很強吸附能力的物質，能夠將土壤中的重金屬離子進行吸附與固定，而且可以改變土壤的物理性質與化學性質，提升其絡合能力，從而解決重金屬鎘的汙染問題。本文便運用實驗的方式，透過模擬汙染菜田，探究生物炭在土壤重金屬鎘汙染治理中的運用。
關鍵詞：生物炭;土壤;重金屬鎘;吸附行為;汙染治理
重金屬鎘對土壤的汙染不僅取決於總鎘含量，還與其賦存形態相關，而生物炭的理化結構相對特殊，將其運用到土壤中，能夠使土壤性質發生改變，從而使鎘在土壤中的賦存形態發生變化，降低鎘的活躍程度，從而達到汙染治理效果。本實驗主要模擬的是受到重金屬鎘汙染的菜田，研究將生物炭加入到土壤中以後，其吸附行為對重金屬鎘所產生的短期與長期效應。
一、實驗材料
實驗土壤取樣於某普通菜田，取樣深度為5 cm，經測定，土壤中的總鎘含量為0.19 mg/kg。實驗所用的種子為普通油麥菜，對重金屬鎘有著較強的富集能力。實驗所用的鈍化劑為B-CSSH。實驗試劑主要包括水合氯化鎘、過氧化氫、硝酸、鹽酸羥胺、醋酸銨、氯化鈣、鹽酸、氫氟酸、乙酸等。
二、實驗方法
首先需要對樣品土壤進行處理，透過人工方式，在樣品中模擬出重度鎘汙染狀態。先對樣品土壤進行風乾與研磨，分成兩份，之後將氯化鎘溶液分別加入到兩份土壤中，使其中的總鎘含量分別為1.5 mg/kg與2.5 mg/kg，充分攪拌後擱置7天。
(一)重金屬鎘的提取與測定方法
土壤中重金屬鎘的提取主要運用的是浸提法，具體包括氯化鈣浸提、醋酸銨浸提以及乙酸浸提三種，其中，氯化鈣浸提的具體方法為：先選取50 mL的離心管，之後將2g土壤樣品放入其中，再加入20 mL濃度為0.01 mol/L的氯化鈣溶液，保持25℃恆溫條件下，連續震盪2小時，之後提取離心管中的上層清液，將其進行50倍的稀釋之後，測定其中鎘離子的含量。另兩種方法與氯化鈣浸提類似。
(二)菜品種植與取樣
實驗選取未被汙染土壤與模擬汙染土壤做比較，並在一部分樣品中新增生物炭，一共設定了15盆樣品，處理之後穩定7天。油麥菜種子在精心培育並追肥之後，每盆樣品中選取兩株健康幼苗，在第15天、第25天、第50天以及第75天時，分別採集菜品葉片與相應土壤，運用不同的浸提方式來提取其中的重金屬鎘，並透過平行試驗來降低誤差。
(三)生物炭對土壤中鎘的吸附影響
實驗採取已經放置6個月的樣品土壤，將其確定為長期受重金屬鎘汙染的土壤。實驗組分為三個，向三個大燒杯中分別加入500 g土壤樣品，其中一組不動，另外兩組中分別加入生物炭與活性炭。之後向燒杯中加水，使水面比土壤面高5 cm，分別取土壤和表層水，前者運用醋酸銨浸提法進行有效態鎘的浸提與測定，後者經抽濾之後，進行有效態鎘的測定。在土壤取樣時，前10個小時的取樣週期為1小時，之後的取樣週期為10小時，在7天之後，取樣週期需要延長至3天，取樣一共持續20天。
三、實驗結果
(一)生物炭對鎘的短期吸附效應
在將生物炭新增到土壤中的7個小時之內，土壤中的有效態鎘先降後升;表層水中的有效態鎘先升後降，這說明在澆水之後，土壤中的重金屬鎘會從土壤進入到水中。透過對新增生物炭樣品與未新增生物炭樣品的對比，發現前者中有效態鎘含量的上升幅度較小，而且隨著時間的推移，呈現出下降趨勢，這說明生物炭對土壤中有效態鎘起到了良好的吸附作用。
(二)生物炭對鎘的長期吸附效應
在兩份樣品土壤中分別加入單純生物炭與生物炭鈍化劑，並再擱置第60天與第120天時分別運用乙酸浸提法提取其中的有效態鎘進行測定。結果顯示，在加入單純生物炭的土壤樣品中，第60天時，有效態鎘的含量減少了72.34%，第120天時，減少了76.51%;在加入生物炭鈍化劑的土壤樣品中，第60天時，有效態鎘的含量減少了79.28%，第120天時，減少了84.160/0。單純加入生物炭的樣品中，有效態鎘含量要大於加入生物炭鈍化劑的樣品，這說明生物炭不僅會對土壤中所含的重金屬鎘起到一定的鈍化所用，而且，加入生物炭鈍化劑的'效果要比加入單純生物炭的效果好。
(三)生物炭在處理土壤重金屬鎘中的應用
實驗運用兩組實驗組進行對照，其一土壤中加入了生物炭，其二未經處理，分別運用上述三種浸提方式來提取有效態鎘，在油麥菜生長的第15天、第25天、第50天以及第75天時分別測定其葉片中的鎘含量與相應土壤中的鎘含量。結果顯示，加入生物炭組的油麥菜鎘含量，隨著時間的推移，含量升高趨勢減緩，而未經處理組的油麥菜鎘含量，則呈現出比較明顯的升高趨勢，這說明生物炭能夠有效阻隔油麥菜對土壤中重金屬鎘的吸收。以生物炭為基礎的黑土體系與鈍化體系是當前兩種主要的應用，能夠充分利用生物炭的吸附能力，吸附土壤中含有的有效態鎘，影響其賦存形態，讓其從原本的有效態鎘，轉變成殘渣態或可氧化態，降低植物對重金屬鎘的富集能力。與此同時，生物炭還能夠改變土壤性質，使土壤的絡合能力得到有效提升，調整土壤的酸鹼性，使其更有利於植物生長。
參考文獻：
[1]張又弛，李會丹，生物炭對土壤中微生物群落結構及其生物地球化學功能的影響[J].生態環境學報.2015
[2]梁媛，李飛躍，施維林等j含磷材料及生物炭對複合重金屬汙染土壤修復效果與修復機理【J】.農業環境科學學報.2013