蘆葦改性生物質炭制備及用于太湖水生態(tài)修復的研究.pdf

1、水體氮磷污染和沉積物中的氮磷內源釋放是造成太湖富營養(yǎng)化的主要原因。水生態(tài)植物修復投資小、效果顯著、與生態(tài)共融，可大規(guī)模用于太湖營養(yǎng)化污染治理。收割水生植物制備生物質炭既可以避免二次污染，同時憑借其高比表面積、多孔、無污染等特點可以作為吸附劑吸附水體氮磷，帶來雙重的生態(tài)效益。但此前研究依然存在生物質炭氮磷吸附量較低，缺乏對太湖水體及沉積物體系的實際應用研究等問題。
　　本論文選取太湖水生態(tài)建設中最為常見的蘆葦為研究對象，制備出負載納

2、米級MgO顆粒并能同時高效去除水體NH4-N和PO4-P的改性蘆葦生物質炭，研究其對水體NH4-N、PO4-P的吸附過程及機理，并嘗試探究其對太湖水生態(tài)修復的應用前景。
　　首先，采用氯化鎂活化法制備蘆葦生物質炭，考察不同制備條件對生物質炭表征及理化性質影響。MgCI2浸漬預處理可顯著提高蘆葦生物質炭比表面積，形成微孔結構并在生物質炭表面負載MgO顆粒，其最大比表面積可達254.91 g/m2，平均孔徑約為3.07 nm。

3、　　然后，通過吸附實驗設計和吸附前后表征比較研究其對水體NH4-N、PO4-P吸附效果和過程機理。改性后的蘆葦生物質炭能同時高效去除水體NH4-N和PO4-P，理論最大單位吸附量分別超過30 mg/g和100 mg/g，生物質炭對NH4-N的主要吸附機制為陽離子交換作用，通過表面附著的Mg2+與水體中的NH4+離子發(fā)生離子交換作用去除水體NH4-N。生物質炭對PO4-P的主要吸附機制則為Mg-P沉淀作用。表面的MgO顆粒與溶液中不同形態(tài)

4、的PO4-P離子發(fā)生表面沉淀反應，從而達到PO4-P吸附去除的效果。實驗結果表明生物質炭對實際太湖營養(yǎng)化水體氮磷的去除也具有顯著效果。
　　進一步采用改性蘆葦生物質炭添加至太湖上覆水/沉積物水生態(tài)體系進行培養(yǎng)的方式探究生物質炭對太湖沉積物氮磷污染修復和微生物群落結構影響。發(fā)現(xiàn)生物質炭添加可以降低沉積物NH4-N含量并能高效吸附固持沉積物NH4-N組分。生物質炭添加對太湖沉積物微生物群落結構的改變也具有顯著影響，短時間培養(yǎng)后能促進太

5、湖沉積物優(yōu)勢菌變形菌門（Proteobacteria）的生長，這可能是由于Proteobacteria能利用生物質炭作為碳源進行生長。生物質炭添加后沉積物中Nitrospira綱硝化細菌OTUs數(shù)略低于對照組，表明生物質炭的添加對沉積物硝化過程的進行在短期內具有潛在的抑制作用。本研究創(chuàng)新性地結合高效氮磷吸附材料的制備和水生態(tài)修復植物蘆葦?shù)馁Y源化兩個方面，制備出一種能同時高效吸附氮磷的改性蘆葦生物質炭材料。并進一步對其實際應用于太湖氮磷污