談生物炭對重金屬污染土壤修復的研究進展

黃昕

摘? ? 要：伴隨著社會經濟的發展和科技的進步，人們的生活水平也在不斷提高，對于環境保護和經濟的可持續發展也逐漸重視起來。如今已經有部分企業開始探索利用生物炭降低土壤中的重金屬含量，以此來修復受污染的土壤。本文針對生物炭對重金屬污染土壤修復的研究進展進行了深入的探討和研究。

關鍵詞：生物炭;重金屬污染;土壤修復;研究進展

1? 土壤重金屬污染現狀

在如今這個工業生產行業快速發展的時代背景下，大量的工業廢料被排放進入土壤，造成了一系列的土壤和地下水的污染問題，進而出現了類似農作物中有化學藥品殘留或者是重金屬含量超標等危害到人們生命健康的問題，因此，我國的土壤重金屬污染情況不容忽視，需要盡快采取針對性的解決措施。根據以往的統計數據來看，我國每年受到重金屬污染的農作物高達1200萬噸，因為這些污染的農作物問題會造成至少200億元的經濟損失。而且重金屬污染有著不可逆和長期污染的特性，如果不及時采取治理措施，就會逐漸對土壤中的微生物活動產生影響，進而在農作物體內堆積，最終被人體所吸收[1]。

2? 生物炭概況

由于生物炭的性質對于土壤重金屬污染的治理效果起著關鍵性的作用，所以針對其制備條件和性質進行研究，選擇最適合的制備方案和污土治理手段，才是降低治理成本以及提高生物炭修復工作水平的核心。

2.1? 制備技術

生物炭制備技術是指在極度缺氧或者是低于700℃的情況下，對類似木頭、樹葉等生物質進行加熱并獲得富含碳物質的產物，這一過程一般被稱作碳化或者是裂解。其中，熱裂解技術是最常用的生物炭制備方法，主要操作流程就是將生物質在缺氧的環境下利用高溫分解的方式生產出生物炭以及氫氣這類燃料，對熱裂解技術產生的副產品加以利用還可以有效提高經濟收益。

根據生物質的熱裂解溫度以及加熱時間等因素的差異，可以將該制備方式細分為慢速熱裂解、快速熱裂解、氣化以及水熱炭化四種，詳細對照可見表1。

2.2? 性質

（1）元素構成。生物炭的主要由C、H、O、N等元素組成，其中碳元素的含量最高，這些元素組成的芳香化和烷基結構是生物炭主要成分，根據生物質來源的不同又可以將其分為植物類生物炭或者是動物類生物炭[2]。由于在植物類生物炭中木材來源較多，所以導致其中含有較高的碳元素，而動物類生物炭中碳元素的含量會比較低，但是灰分之類的元素含量更高，也就可以更好的提高土壤肥力。

（2）pH值。生物炭的灰分包含了礦物質氧化物或者是碳酸鹽，其在溶液中呈現堿性，所以具備較高的pH值，根據以往數據研究可以得出結論，生物炭的pH值與其熱裂解的溫度有直接關系。在熱解溫度由300℃升高到600℃時，生物炭的pH值超過了7.5，而且還有不斷升高的趨勢。植物類生物炭中的灰分含量低，所以升高熱解溫度會導致其pH值升高，而動物類生物炭中的灰分含量高，其本身的pH值就比較高，進而提升土壤中的pH值，減少重金屬的溶解和遷移現象。

3? 生物炭對重金屬污染土壤的修復

3.1? 對有機物污染土壤的修復

生物炭對有機物污染土壤的修復主要體現在殺蟲、除草劑以及抗生素等，現階段普遍認為生物炭對有機物的吸附分為表面吸附和分配作用兩方面，首先是表面吸附作用，因為生物炭結構屬于非常穩定而且多孔的結構，所以表面積會比較大，因此會產生比較強的有機物吸附能力。生物炭對有機污染物的吸附能力是普通土壤的400～2500倍，所以在土壤中放置少量的生物炭就可以大幅度提高土壤對于有機污染物的吸附力和吸附容量[3]。除此之外，生物炭的表面吸附主要體現在其碳化組分，不同的污染物之間會出現競爭吸附的現象。其次，分配作用主要體現在生物炭的非碳化部分，并不會存在競爭吸附現象。而生物炭普遍不會完全碳化，其吸附和分配的能力是由生物炭的相對碳化以及非碳化部分，還有生物炭的整體性質來決定的。通常情況下，一些中性的有機化合物是由高溫裂解得到的生物炭進行吸附，而低溫裂解得出的生物炭除了進行表面吸附之外還會有一部分分配到剩余的有機相中。

3.2? 對土壤中重金屬的吸附

生物炭吸附污染土壤中的重金屬主要是依靠提高土壤中的陽離子交換量來實現的，其中陽離子的交換量越高，對土壤中的金屬陽離子吸附量就會越大，進而將金屬離子固定在土壤中，有效降低了重金屬的污染程度，達到了對土壤進行修復的目的。生物炭對于重金屬污染土壤的修復會被以下幾點因素影響，首先是生物炭的添加量，也就是添加量越大就越能更好的固定重金屬，此外，在土壤中添加生物炭還可以提高ph和陽離子交換能力，所以能夠有效降低土壤中的金屬濃度。其次，生物炭的制備原料也會對土壤修復質量產生影響，因為其表面積的不同也會造成氨氮吸附能力的改變，而且原料的改變也會導致生物炭的性質以及固定重金屬的改變。再次是不同溫度下的熱解生物炭的理化性質都有著很大差異，其親水性和吸附能力都會隨之而改變。最后是污染土壤的類型不同，其理化性質也會不同，這些不同類型的土壤中會出現不同程度的重金屬污染，所以生物炭對其體現出的修復成果也會有很大的差異。

4? 結束語

綜上所述，生物炭這種新型吸附劑的制備來源是非常復雜多樣的，對于土壤重金屬污染的治理方面也得到了很廣泛的應用，還有著非常大的研究空間。現階段我國針對其進行的大部分研究都在比較理想的條件基礎上進行，還需要結合其他重金屬污染的治理技術和方法以及實際的污染情況進行綜合的研究，以此來提高生物炭對土壤重金屬污染的治理水平。

參考文獻：

[1] 王靜，牟珍珍，雷瑪特·伊斯蘭.生物炭對重金屬污染土壤修復的研究進展[J].湖北農業科學，2018（14）：7～11+16.

[2] 魯秀國，武今巾，過依婷.生物炭修復重金屬污染土壤的研究進展[J].應用化工，2019（5）：192～197.

[3] 狄欣，重金屬污染土壤的修復技術及其修復效果評定分析[J].生態環境與保護，2019（1）：11～12.

基金項目：

陜西省重點研發計劃—城市污損土地修復技術研究與工程示范（2019SF-245）。