56 / 2023-10-13 12:23:56

微生物诱导碳酸盐沉淀技术强化生物炭固定铅的效果及机理研究

微生物矿化; 重金属; 炭基材料; 农业废弃物; 土壤修复;

生物炭是一种极具潜力的低碳重金属固定材料。但受固定机理的制约,其长效稳定性往往不能满足实际工程需求。而微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术在岩土、环境、地质工程等领域得到了广泛研究和应用。本次研究提出通过MICP技术来强化生物炭对铅的固定,以期实现长效稳定。首先,从不同原材料、不同生产温度制备得到的5种农业废弃物生物炭中筛选出铅固定总量较大、但稳定性较差的水稻秸秆生物炭（700度制备）（RSB700）,其固定的铅成分中酸可溶态占比高达94.0%,具有潜在的环境风险。对固定了铅的RSB700进行MICP处理,试验以巴氏芽孢杆菌为试验菌株,控制尿素浓度为0.5 mol⸱L^-1,氯化钙设4个浓度梯度，分别为0.05、0.1、0.3和0.5 mol⸱L^-1。微观测试试验和化学分析结果显示,MICP处理后,生物炭表面出现不规则的团簇型碳酸钙晶体（多为方解石、部分为球霰石）,铅的稳定性也得到显著提升。氯化钙浓度对强化效果有一定的影响,当其浓度为0.3 mol⸱L^-1时,可交换态铅和酸可溶态铅占比分别降低约90.0%和92.7%,稳定态铅占比提升约19.6倍。MICP技术的强化机理主要是在生物炭表面形成一层由碳酸钙组成的表面保护“屏障”,从而抵抗来自环境的酸性侵蚀。本次研究表明,MICP技术强化生物炭固定重金属污染具有实际的应用潜力，未来可以在重金属污染土壤治理中进行进一步的研究。