生物炭对石油污染土壤的修复作用.docVIP

摘要 我国石油的消费量逐年增加，石油的泄露事故时有发生，对地下水和土壤造成严重的石油污染。生物炭疏松多孔、比表面积大、含有丰富的羧基、羟基等表面含氧官能团，对有机污染物具有很强的吸附作用。此外，生物炭发达的孔隙能为微生物提供栖息和繁殖的场所，促进能降解石油的微生物的数量和活性的增加，从而有利于对石油烃的去除作用。本研究用生物炭处理石油污染的土壤，以期获得生物炭对石油污染土壤的修复效果。 本研究首先制备了多种生物炭，原材料分别为小麦秸秆、玉米秸秆和牛粪，制备温度分别为300℃、500℃和700℃，裂解时间分别为3h、6h和8h。分析了生物炭的产率、灰分、pH、CHN元素含量、比表面积、表面形貌等基本性质。然后用以上生物炭，分别以1%、2%和5%的用量设计四因素三水平正交实验，用其修复石油污染的土壤，通过28天的修复，极差法找出最佳修复组合，用该组合继续对石油污染的土壤进行修复，研究其修复效果。以下是主要研究结论： 1、生物炭的性质 （1）生物炭的产率随裂解温度的升高和裂解时间的延长而下降。材料不同的生物炭产率基本呈现牛粪小麦秸秆玉米秸秆的趋势。不同材料和不同温度造成的生物炭产率的差异均具有高度统计学意义（P0.01），而裂解时间造成的生物炭产率的差异具有统计学意义（P0.05）。 （2）在裂解时间一定时，生物炭pH值随裂解温度的升高而升高。温度不同造成的生物炭pH值的差异具有高度统计学意义（P0.01），而材料和裂解时间造成的生物炭pH的差异没有统计学意义（P0.05）。 （3）生物炭的灰分含量随裂解温度的升高和裂解时间延长而升高。不同材料制备的生物炭的灰分含量大小为牛粪小麦秸秆玉米秸秆。不同材料、温度和时间造成的生物炭灰分含量的差异均具有高度统计学意义（P0.01）。 （4）生物炭的C元素含量整体表现为玉米秸秆小麦秸秆牛粪。不同材料生物炭的C含量差异性有高度统计学意义（P0.01），而在材料一定的情况下，不同温度和裂解时间制备的生物炭的C含量差异性没有统计学意义（P0.05）。 （5）裂解温度和处理时间对生物炭芳香性的差异性均具有高度统计学意义（P0.01），材料对生物炭芳香性的差异性具有统计学意义（P0.05）。材料和温度对生物炭的亲水性具有极其显著的影响，而时间对生物炭的亲水性影响不显著。材料对生物炭的极性具有极其显著的影响，温度对生物炭的极性具有显著影响，而裂解时间对生物炭的极性影响不显著。 （6）生物炭的比表面积随制备温度的升高而增大。不同温度制备的生物炭的比表面积的差异具有高度统计学意义（P0.01）。 2、生物炭对石油污染土壤的修复效果 （1）根据修复28天TPH去除率，正交实验的极差分析表明，最佳修复组合为“小麦秸秆-300℃-3h-5%”生物炭，最大影响因素为生物炭的制备温度。 （2）小麦秸秆-300℃-3h-5%生物炭对B土修复8周后，总石油烃含量比原土降低了15.5%，比对照降低了6.16%。 （3）综合TPH、烷烃、芳烃的修复效果以及PCR-DGGE图谱和Nah、AlkB降解基因的数量知，经过8周的修复，对A土的石油烃修复效果最好的生物炭是“小麦秸秆-300℃-3h-5%”。修复8周后比对照组的芳烃含量降低了11.38%，土壤中Nah基因数和芳烃含量的person相关系数为-0.949，alkB基因数和烷烃含量的person相关系数为0.875。 （4）制备温度对Nah基因和alkB基因数量的差异性都具有高度统计学意义（P0.01）。 关键词：生物炭，性质，石油污染，修复 Abstract The petroleum consumption increases year by year in China, and the oil spill occurs sometimes, causing serious pollution to groundwater and soil. Biochar which is porous, with large surface area, rich in carboxyl, hydroxyl and other surface oxygenic functional groups, has a strong adsorption to organic pollutants. In addition, the developed pore of biochar can provide habitat and breeding grounds to microorganisms so as to promote the number and activity of microorganisms some of which can degrade petroleum.