鉛作為人類最早使用的金屬之一,被世界衛(wèi)生組織(WHO)界定為毒性極高的環(huán)境毒物和神經(jīng)毒物。伴隨著我國工業(yè)的發(fā)展,含鉛污染物通過各種途徑進入土壤,不但造成環(huán)境污染,還威脅著人類健康。利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物為基礎材料的土壤原位修復法具有成本低、效率高、環(huán)境友好等特點,在土壤重金屬治理處理方面具有較好的應用前景。本研究應用食用菌栽培的廢棄基質-菌糠(Spent mushroom substrate,SMS)和其堆肥產(chǎn)物(Composted spent mushroom substrate,CSMS)為材料,原位模擬修復鉛污染土壤。通過表面積和孔隙度分析(BET)、掃描電子顯微鏡和X射線能譜分析(SEM-EDX)、傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、水接觸角分析、陽離子交換量分析(CEC)表征其吸附性能,通過靜態(tài)分批吸附試驗、動態(tài)監(jiān)測試驗及等溫模型擬合探討其對鉛的吸附條件和吸附機理。在用黑土和紅壤進行的模擬修復試驗中,充分考慮了水分、氣相率、pH、電導率的變化,詳細比較了修復前后鉛在土壤中的轉化規(guī)律和空間移動特性,對容重和凍融交替因素的影響也進行了初步探討。三種修復種植試...

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 土壤重金屬鉛污染的研究概述
        1.1.1 土壤重金屬鉛的污染來源及危害
        1.1.2 土壤重金屬鉛的存賦形態(tài)、提取方法及生物有效性評價
        1.1.3 土壤鉛污染修復的研究
        1.1.4 土壤污染修復與根際微生態(tài)效應
    1.2 食用菌菌糠及其應用現(xiàn)狀
        1.2.1 菌糠來源及其理化性質
        1.2.2 菌糠資源化利用現(xiàn)狀
        1.2.3 以菌糠為基礎的生物質材料對重金屬污染的修復機制
    1.3 研究目的意義、內(nèi)容、技術路線及創(chuàng)新點
        1.3.1 研究目的意義
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 技術路線
2 材料與方法
    2.1 試驗材料
        2.1.1 試驗原材料
        2.1.2 供試土壤及作物
        2.1.3 化學試劑
        2.1.4 試驗儀器
    2.2 菌糠和堆肥菌糠吸附劑的結構表征及吸附機理分析
        2.2.1 吸附劑的基本理化性質
        2.2.2 吸附劑的BET、SEM-EDX、FTIR、XRD表征
        2.2.3 吸附劑的親水性和陽離子交換量
        2.2.4 靜態(tài)分批吸附試驗
        2.2.5 吸附等溫模型
        2.2.6 動態(tài)吸附監(jiān)測試驗
        2.2.7 溶出物、不溶物和粉末樣品對鉛去除的貢獻
    2.3 菌糠和堆肥菌糠對鉛污染土壤的模擬修復試驗
        2.3.1 土壤預處理、填裝、取樣方法和測定項目
        2.3.2 土壤容重對修復效果的影響
        2.3.3 土壤含水量對修復效果的影響
        2.3.4 凍融交替對修復效果的影響
    2.4 菌糠和堆肥菌糠對鉛污染土壤修復的盆栽試驗
        2.4.1 盆栽試驗設計
        2.4.2 修復劑對空心菜出苗和生物量的影響
        2.4.3 修復劑對空心菜光合作用的影響
        2.4.4 修復劑對土壤理化性質和鉛形態(tài)的影響
        2.4.5 修復劑對土壤呼吸和酶活性的影響
        2.4.6 修復劑對細菌群落結構和多樣性的影響
    2.5 修復劑對鉛污染土壤修復的根際微生態(tài)效應
        2.5.1 浮島水培試驗設計
        2.5.2 浮島水培試驗中修復劑對根際土壤理化性質、鉛形態(tài)和空心菜產(chǎn)量的影響
        2.5.3 框栽試驗設計
        2.5.4 框栽試驗中修復劑對根際土壤理化性質、鉛形態(tài)和空心菜產(chǎn)量的影響
        2.5.5 框栽試驗中修復劑對根表鉛吸附的影響
        2.5.6 框栽試驗中修復劑對根際土壤細菌群落結構和多樣性的影響
    2.6 數(shù)據(jù)分析
3 結果與分析
    3.1 菌糠和堆肥菌糠吸附劑的性質表征
        3.1.1 吸附劑的基本理化性質
        3.1.2 吸附劑的微觀結構和孔隙特征
        3.1.3 吸附劑的離子交換能力
        3.1.4 吸附劑的FTIR分析
        3.1.5 吸附劑的水接觸角分析
        3.1.6 吸附劑的XRD分析
    3.2 菌糠和堆肥菌糠吸附劑對鉛的吸附去除機理及影響因素分析
        3.2.1 批試驗中溶液初始pH值對鉛去除的影響
        3.2.2 批試驗中反應時間對鉛去除的影響
        3.2.3 批試驗中投加量對鉛去除的影響
        3.2.4 批試驗中鉛初始濃度對鉛去除的影響
        3.2.5 批試驗的吸附等溫模型
        3.2.6 動態(tài)監(jiān)測試驗不同粒徑材料官能團的差異
        3.2.7 動態(tài)監(jiān)測試驗溶液pH的變化
        3.2.8 動態(tài)監(jiān)測試驗溶液電導率的變化
        3.2.9 動態(tài)監(jiān)測試驗溶液鉛離子濃度的變化
        3.2.10 動態(tài)監(jiān)測試驗中材料粒徑和溶出物因素對除鉛的影響
        3.2.11 動態(tài)監(jiān)測試驗中氫離子濃度、電導率與鉛去除率的關系
        3.2.12 鉛去除率的監(jiān)測模型
    3.3 菌糠與堆肥菌糠對鉛污染土壤模擬培養(yǎng)修復試驗
        3.3.1 土壤容重對修復的影響
        3.3.2 初始含水量對土壤pH、EC及官能團的影響
        3.3.3 初始含水量對土壤中鉛形態(tài)變化的影響
        3.3.4 鉛隨水分的空間移動
        3.3.5 凍融交替對修復的影響
    3.4 菌糠和堆肥菌糠對鉛污染土壤修復的盆栽試驗
        3.4.1 土壤的pH、EC和鉛形態(tài)
        3.4.2 土壤呼吸和酶活性
        3.4.3 土壤細菌高通量測序
        3.4.4 土壤細菌的Alpha多樣性分析
        3.4.5 土壤細菌的Beta多樣性分析
        3.4.6 土壤細菌群落物種組成分析
        3.4.7 土壤細菌豐度與土壤環(huán)境的關系
        3.4.8 空心菜的出苗率和產(chǎn)量
        3.4.9 空心菜的SPAD值和葉綠素熒光誘導動力學曲線
    3.5 菌糠和堆肥菌糠對鉛污染土壤修復的根際效應
        3.5.1 浮島水培試驗根際土壤鉛形態(tài)、pH、EC和植株生長
        3.5.2 框栽試驗根際土壤鉛形態(tài)、pH、EC和植株生長
        3.5.3 鉛在根表的吸附
        3.5.4 根際土壤細菌高通量測序
        3.5.5 根際土壤細菌Alpha多樣性分析
        3.5.6 根際土壤細菌Beta多樣性分析
        3.5.7 根際土壤細菌群落物種組成分析
        3.5.8 根際土壤細菌群落與土壤環(huán)境的關系
4 討論
    4.1 堆肥對菌糠孔隙結構和理化性質的改變
    4.2 溶液環(huán)境變化與鉛離子去除過程的關系
    4.3 模擬培養(yǎng)修復試驗中土壤環(huán)境對鉛形態(tài)的影響
    4.4 修復劑對土壤細菌、土壤酶活和植物養(yǎng)分的影響
    4.5 根際效應與土壤修復的關系
    4.6 生物吸附與鈍化修復的關系
    4.7 菌糠和堆肥菌糠在應用上的潛力和問題
5 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 創(chuàng)新點
    5.3 展望
致謝
參考文獻
攻讀博士期間發(fā)表的學術論文



本文編號：3761899