污泥和生物炭修复重金属污染土壤的研究

作     者：柴莲莲 

作者单位：北京建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹秀芹;李彩斌

授予年度：2020年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：污泥 污泥生物炭 重金属 肥力 风险评价 

摘      要：污泥由于产量大,难处理等特点使其的处理处置问题成为研究热点。污泥中含有众多的营养元素,被认为是一种浪费的资源。污泥的土地利用则可以实现资源回用,污泥热解生物炭由于其具有多孔结构、重金属性质稳定、碳元素稳定等特点使其的土地利用也受到广泛关注。我国土壤污染调查报告结果显示土壤污染严重,重金属污染情况尤为突出。污泥和污泥生物炭（sludge-derived biochar,SDBC）由于比表面积大、吸附能力强、价格低廉等特点使其成为重金属污染土壤的良好修复材料。因此将污泥和SDBC作为修复剂施用于重金属污染土壤既解决了污泥的出路问题又修复了土壤,实现了资源的最大化利用。本文将污泥和SDBC以1%、5%、10%的比例施用于Cu和Cd污染土壤,通过盆栽实验研究了土壤理化性质和营养元素的变化情况,对Cu和Cd的修复情况进行了分析以及健康风险评价,具体研究结果如下:（1）土壤营养元素的含量与污泥和SBDC施用量呈正比,均随施用量的增加而增大,除N外,SDBC处理组土壤中的营养元素含量均高于污泥处理组。K元素含量的涨幅最低,在污泥和SDBC最高添加量下K含量涨幅分别为53.72%和97.52%。污泥和SDBC添加后,有机质和N的肥力水平均增加,但是K肥力水平仍处于低水平,因此土地利用时要注意无机肥料K肥的补充。而P在对照组土壤中已处于高水平,说明土壤不需要P肥的补充。污泥和SDBC的施用均降低了土壤的pH值和容重,增加了土壤孔隙度,这有利于促进微生物活性以及植物对营养元素的吸收。（2）污泥和SDBC分别在5%和10%施加量下对Cu和Cd的修复效果最佳,Cu在污泥5%处理组中的酸可交换态降幅达50%,残渣态增幅达60.39%,在SDBC 10%处理组中的可还原态降幅为77.21%,可氧化态增幅达175.52%。对于Cd来说,污泥在5%施加量下显著增加残渣态占比,增幅达25.46%,SDBC在10%添加量下显著增加可氧化态占比,增幅达153.13%。对Zn、Pb、Cr、Ni总量和形态的分析结果显示Ni的移动态占比随施加量的增加而增大,在将污泥和SDBC施用于健康土壤时要注意Ni的污染问题。（3）对土壤重金属的生态风险评价结果显示在污泥5%和SDBC 10%添加量下Cu和Cd的风险水平和风险值降低。污泥和SDBC降低了Pb的生态风险,并且SDBC的性能略优于污泥。而Ni在SDBC中高量施加时风险水平增加为中风险水平,在实际应用时需关注Ni的污染。对其健康风险评价结果显示污泥和SDBC施用后,Zn、Pb、Cr、Ni四种重金属的健康风险由大到小为Cr﹥Pb﹥Ni﹥Zn,Cr的风险最大,但是其单一元素和总元素的健康风险均未超过临界值,因此并未造成健康风险。