固定化载体玉米芯对土壤中芘的吸附作用

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土壤多环芳烃(PAHs)污染在全球范围内普遍存在,PAHs污染土壤修复技术研究也成为热点。利用易获取、经济性高、可降解且无二次污染的玉米芯、秸秆等农副产品作为载体材料的生物固定化技术在近年来的有机污染土壤生物修复领域得到了广泛关注和普遍认可。固定化材料作为微生物进入土壤环境的载体对微生物生长稳定性和生物活性的保持作用已经得到证明,但对于其进入土壤后对土壤污染物的影响还需深入研究,从而为固定化生物修复技术的完善提高及现场应用提供支撑。  基于此,本研究以微生物固定化载体玉米芯为研究对象,以芘为目标污染物代表,通过批处理吸附-解吸实验,分别从水溶液、室内模拟污染土壤和野外原位污染土壤三个层面研究了玉米芯对PAHs的吸附过程,明确玉米芯多孔结构和孔径分布特征适合对芘的吸附,膜和微孔扩散是芘吸附的重要限制因子;玉米芯的投加显著提高了土壤残留PAHs的释放效率和生物有效性,从而为生物修复效率的提高提供了重要的辅助强化作用。  本研究所得主要结论如下:  (1)通过扫描电镜和比表面积仪对玉米芯的结构进行表征发现:玉米芯比表面积为0.299m2·g-1,内部结构具有多孔性特征,孔径1.5~3.6nm的孔占比重最大。这种结构利于对芘的吸附。  (2)通过玉米芯-芘水溶液体系和玉米芯-芘室内模拟污染土壤体系中芘的吸附动力学和等温线实验,研究了玉米芯对水溶液和土壤中芘的吸附动力学和吸附等温线。结果表明:水溶液和土壤中芘在玉米芯上的吸附均分为快吸附和慢吸附2个阶段。玉米芯对水溶液中芘的吸附2d可达到吸附平衡,而对室内模拟污染土壤中芘的吸附2d后仍在缓慢进行。一级动力学方程不适合对水溶液和室内模拟污染土壤中芘在玉米芯上拟合,而二级动力学模型可较好的拟合芘的整个吸附动力学过程。说明水溶液和室内模拟污染土壤中芘在玉米芯上的吸附由多个过程控制。Weber-Morris动力学方程进一步说明水溶液和室内模拟污染土壤中芘在玉米芯上的吸附不仅受粒内扩散外的影响,还受边界层厚度的影响。玉米芯的加入增大了土壤芘的快速解吸分数。说明玉米芯的投加增加了土壤中芘的生物有效性。  (3)通过吸附动力学实验,研究了原位污染土壤中PAHs在玉米芯上的吸附动力学及玉米芯的加入对土壤中PAHs解吸的影响。结果表明,三宝屯原位污染土壤中总PAHs的提取量从3h开始一直呈增加趋势,最高达到2.25倍;但是都低于总PAHs提取量的初始值,在初始浓度的40%~72%之间。这可能是由于玉米芯的加入影响了土壤PAHs的分布和结合位点,从而影响了土壤对PAHs的解吸。
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