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生物炭作为基于风险的土地管理的土壤修复

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浏览:- 发布日期:2020-04-30 15:57:33【

建模生物炭的表面化学

用于原位或异位土壤修复的可用方法在技术上可能具有挑战性且复杂,并且可能过于昂贵。因此,它们通常在许多国家未得到广泛应用,或仅限于污染严重的热点地区。尽管大多数有关土壤污染的立法仍主要基于降低总污染物水平的概念,但政策的两次转变为处理污染土壤修复提供了更为务实的方法:

(1)认识到对遗留污染土壤的修复应基于风险管理

(2)认识到风险是由每种化合物的剂量反应关系决定的。RBLM努力对被污染土地进行有益和可持续的利用,以占当前和拟议土地的比例使用,社区和政府的期望以及可用资源。

污染土壤中存在的金属和准金属可能会经历一系列增溶,动员和运输过程,并可能迁移到不同的生态系统区室。土壤修复溶液中的浓度以及通过固相缓冲机制维持这些可溶浓度的强度决定了潜在的有毒金属和准金属可被动员,被运输到其他生态系统隔室或区域并变得可被生物利用的程度。“生物利用度”是指生物体可利用的化合物量。它描述了异种生物吸收的程度和速率从接触部位进入生物体。直接生活在土壤中的植物和生物群对金属和准金属的吸收是将这些元素转移到食物网中的第一步。在树木的情况下,以及在植物死亡和腐烂后,植被中的微量元素可能会通过叶子脱落而返回土壤。特别是在倾斜和贫瘠的表面上,径流,侵蚀和土壤中的泥沙运动可能是田间痕量元素的主要运输机制。金属也可以通过浸提去除,其中金属与土壤修复溶液一起移动。RBLM的目的是通过减少其动员和运输,或者通过控制和控制途径及其相关风险(例如植物提取)来控制污染土地中金属和准金属的潜在危害。

生物炭在水处理,土壤修复和农业用途中的未来应用取决于对其表面如何在溶液化学的广泛变化中表现出了解。越来越需要进行研究以研究金属吸附的具体机制,以及可以预测金属在动态环境条件下对生物炭的行为的模型。开发此类模型的挑战很明显:它们的数据强度更高,需要用户对表面化学的知识更多,并且通常涉及耗时且可能昂贵的光谱分析。尽管存在这些挑战,但为特定应用选择合适的生物炭取决于对机械在目标系统中的行为方式的透彻,机械的理解。

在应用SCM方法预测溶液中污染物的去除方面仍然存在着很大的挑战。例如,生物炭的孔隙度会形成微米级和纳米级的区域,在这些区域中,溶液化学性质与本体溶液明显不同,并且可能无法迅速达到平衡。SCM方法假定金属在生物炭表面官能团上的吸附达到平衡,因此,如果总金属的相当一部分保留在微孔或纳米孔中,则SCM方法可能会失败。此外,衰老对生物炭整体化学的影响只是通过加速衰老研究才开始被理解。随时间变化的表面化学性质将影响生物炭与溶液中带电物质相互作用的方式。最后,非特异性金属吸附的作用难以量化,并且难以在SCM框架中建模。例如在较高的热解温度下,铜和锌对生物炭的吸附可以通过吸引离域π电子而不是质子活性表面官能团来控制。只有通过对生物炭表面化学进行持续的详细表征,才能对金属与生物炭的相互作用有了全面的了解,从而可以形成可用于生物炭应用的预测性建模框架。