美丽中国视域下矿山生态修复:逻辑演进、科学内涵和行动方略

矿山生态修复是美丽中国建设的关键难点。基于美丽中国愿景,梳理了矿山生态修复模式的逻辑演进,诠释了其科学内涵,探讨了未来深入探索矿山生态修复的行动方略,研究结果表明:当前中国矿山生态修复已从建国初期的被动消极、改革开放以来的协调提升,逐步形成了绿色发展的新模式,着重强调恢复矿山生态系统的结构与功能。美丽中国愿景从根本立场、价值追求、贯彻原则和发展保障等方面赋予了矿山生态修复人与自然和谐共生、绿色低碳循环发展、系统推进协同治理和多元共治多产融合的科学内涵。未来应从完善顶层设计、整合修复规划、革新技术体系、优化管理体制等层面自上而下推进矿山生态修复变革,践行美丽中国建设。

论露天矿区近自然生态修复

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

联合LiDAR和高光谱数据反演矿山生态修复区植被地上碳储量

准确评估矿区植被地上碳储量,可为矿区生态修复及其碳汇贡献估算提供科学依据。利用无人机采集激光雷达和高光谱数据,分别建立乔、灌、草3种植物群落的地上碳储量估算模型,并在神东矿区大柳塔采煤沉陷生态修复区实现了应用与验证。研究发现:仅利用高光谱数据反演乔、灌、草植物群落地上碳储量的精度R^(2)分别为0.42、0.43、0.41,仅利用激光雷达数据反演乔、灌、草植物群落地上碳储量的精度R^(2)分别为0.64、0.44、0.36,融合LiDAR和高光谱两种数据反演乔、灌、草植物群落地上碳储量的精度R^(2)分别达到0.87、0.73、0.72;LiDAR和高光谱特征中的高度百分位变量和绿色指数分别与地上碳储量的相关性最高,对于提升地上碳储量的反演精度贡献最大,说明融合LiDAR和高光谱数据在反映群落形态结构和光合固碳特征方面的能力,可有效提高矿区植被地上碳储量的反演精度。研究结果表明:融合LiDAR和高光谱数据,可以实现矿区复杂地形和植被配置下的植被地上碳储量估算,为矿区生态修复碳汇贡献评估提供支撑。

煤炭开采对生态环境的扰动特征分析及生态修复技术

为了提高中国矿山生态修复水平,针对煤炭开采对生态环境的扰动机理不清及生态修复技术不完善的问题,剖析了煤炭开采对生态环境的扰动特征,并梳理了现有的生态修复技术。煤炭开采对生态环境的扰动特征包括扰动周期漫长、扰动范围广泛、扰动对象复杂(土地、水资源、大气,植被)、时空异质性强。目前,煤矿区最主要且最有效的生态修复技术包括地貌重塑、土壤重构和植被重建(物种筛选技术、物种配置技术和种植技术),这些技术应作为未来研究的重点。总体来看,中国仍面临着废弃矿山数量多,生态问题类型杂,生态修复难度大的问题,未来仍需进一步认识煤矿开采对生态环境的扰动特征、扰动规律、损伤传导机制和扩散规律,以促进新生态修复技术的研发。

“一带一路”沿线国家矿山生态修复能力评价研究

矿产资源开发与环境保护是绿色"一带一路"倡议的基本要求,有必要开展矿山生态修复能力评价研究。本文构建矿山生态修复能力评价体系,利用熵值法评价"一带一路"沿线国家矿山生态修复能力。结果表明:矿山生态修复能力受经济发展、环境治理、科技创新、政治环境、矿山企业投入、生态基础条件等主要因素影响,存在区域性差异及内部差异,整体呈现"东西高,中间低"的空间分布格局。总体上,东北亚和西亚北非区域的修复能力较强,东南亚和中东欧区域的修复能力一般,中亚和南亚区域的修复能力较弱。矿山生态修复能力得分最高的国家是以色列,得分最低的国家是塔吉克斯坦。中国排名第九位,属于中上等水平。"一带一路"沿线国家的矿山生态修复能力具有较大提升空间。本文为"一带一路"沿线国家的矿产资源开发布局和生态环境保护提供参考。

腐殖质层再造修复西部矿区退化土壤的生态效应

随着国家煤炭开采东退西进战略推进,煤炭资源高强度开采加剧了矿区草原生态环境损伤问题,严重影响了区域煤炭资源大规模开发和环境保护的协同发展,必须通过生态修复消除资源开发带来的环境负效应。因此,针对矿区草原粉尘沉降区诱发的土壤退化问题,研究腐殖质层再造技术修复退化场地的可行性,设计了植物破碎+淹水(YS)、植物破碎+淹水+覆膜(YF)、植物破碎+淹水+覆膜+激发剂(YFJ) 3种修复模式,同时结合试验数据分析。研究结果表明,退化生境修复样地土壤容重分别比对照样地降低了8.26%、7.98%和15.24%,孔隙率增幅为39.42%、99.68%和124.24%,含水率增幅为28.16%、31.21%和71.19%,饱和持水率增幅为19.66%、20.66%和42.29%;土壤养分中水解氮质量分数比对照场地高出20.77、9.73和54.45 mg/kg;修复场地土壤速效磷质量分数依次为5.30、5.06、14.04 mg/kg;修复后土壤速效钾质量分数增加49.61%、27.31%和236.53%;土壤水稳性团聚体质量分数修复后高于对照场地,分别增幅13.00%、17.14%和83.60%;YS、YF和YFJ三种修复模式均可以增加退化场地土壤水酶活性,土壤蔗糖酶活性修复后分别高于对照区23.65%、79.88%和93.91%;3种修复技术之间过氧化氢酶和脲酶活性无显著差异,分别高于对照23.69%~31.81%和19.35%~20.46%;土壤磷酸酶活性修复后提升了14.73%、33.28%和39.25%,修复场地植物群落Shannon-Weiner指数比对照场地分别高68.32%、38.61%和45.54%;植被盖度比对照场地分别增加12.50%、81.25%和120.00%;修复区生物量分别比对照场地高出39.90%、373.49%和887.77%;YF和TFJ场地植株含水率分别比对照区增加了12.74%和36.43%。对比分析表明3种修复模式均可有效改善重度粉尘沉降区退化现状;除土壤有机质与多样性指数外,其他指标测定结果均为YFJ修复效果最优。表明腐殖层再造技术可以有效改善土壤结构,提升土壤养分,激活土壤微生物区系及功能,修复灌丛化破坏的生境,为重度粉尘沉降区退化土壤修复提供借鉴,其中,YFJ修复模式最佳。

矿山生态恢复研究进展——基于连续三届的世界生态恢复大会报告

最近连续三届世界生态恢复大会都将矿山生态系统列为大会交流的主题之一。为了解矿山生态修复的最新进展,本文采用文献分析方法和统计分析法,全面对比了这三届大会的论文和报告,包括参会国家、主要机构、热点矿区、修复要素、矿山类型、修复技术等。在此基础上,归纳了新开发的生态修复技术,包括植被恢复、土壤修复和景观恢复等新技术;总结了当前的研究热点,主要有复垦的土壤和修复的植物之间相互作用的机理、矿山生态修复的监测新技术、本土物种保持、污染土壤修复新技术、应对全球气候变化的矿山生态修复新思维和矿山生态系统服务价值等;介绍了会议提出的新观点,如自然恢复和人工恢复选择的新标准、矿山生态恢复力新理论、新型矿山生态系统及其设计等。最后对未来研究趋势进行了预测。

论引导型矿山生态修复

“以自然恢复为主,与人工修复相结合”作为生态修复的基本原则,其引出的关键科学问题是,如何认知并利用自然恢复能力、如何协同人工干预与自然恢复。重点讨论分析了引导型矿山生态修复的基本原理和技术框架,以破解人工干预和自然恢复之间的争议和困惑,更好地处理2者之间的关系。引导型矿山生态修复的关键问题就是明确何时干预、何处干预、如何干预、干预到何种程度。引导型矿山生态修复强调了人工干预的针对性、及时性、持久性和有效性,以减少人工过度修复的人力、物力成本和能量消耗,是符合“双碳”目标的。分析表明,引导型矿山生态修复的主要理论基础是生态系统的抵抗力和恢复力。引导型矿山生态修复的技术框架包括矿山生态问题诊断、引导修复方向的判定、引导修复的关键对象或区位的确定、引导修复的合理程度或生态阈值的识别,以及修复技术措施筛选与实施等主要内容。生态修复的本质是对生态关系的修复,因此,矿山生态关系、过程、规律感知是引导修复的前提;障碍性和限制性影响因子和景观格局过程是引导修复的主要对象;生态阈值和生态参数的调控是科学引导的关键。引导型矿山生态修复模式的修复目标和对象明确、干预程度合理,能有效降低修复成本、提升矿山生态系统自维持能力,符合自然恢复和人工修复相结合的理念和现实需求,是传统人工干预修复模式的发展升级,可以在矿山生态修复工作中进一步研究和应用推广。

碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择

针对“双碳目标”背景,对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下,矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主,与适度人工干预相结合。从碳中和目标的实现路径出发,较为系统地分析了碳中和引发的社会经济与生态格局变化和结果,认为双碳目标必将加速后矿业时代到来,而生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一。后矿业时代具有长久性、艰巨性和复杂性等特征。土地整治、环境治理、产业转型、社会转型、景观重建等是生态修复通常采用的人工引导措施,这些举措对碳中和目标的实现发挥着不同的作用。实现碳中和目标需要从能源替代、产业替代与升级、生态服务功能提升等方面延伸矿山生态修复措施,进一步分析了矿山生态修复在实现碳中和目标过程中发挥的能源替代、节能减排和固碳增汇3方面的作用和贡献,按贡献大小排序:能源替代>节能减排>固碳增汇。提出了碳中和目标背景下矿山生态修复的新路径,包括:①更新标准规范,适应碳中和目标的需求,构建“1+N”标准与规范体系,提高规范与标准的针对性和适用性;②改革管理机制,探索矿业临时用地政策,明晰地下空间产权,推进生态修复市场化机制,实现多措并举协同推进生态修复;③创新技术体系,开展分类施策、分区管控、分级治理、分步推进,推动生态修复全过程深度减排与长效生态增汇。

澳大利亚矿山生态修复制度及其改革与启示

澳大利亚是以矿业为主导产业之一的发达国家,是世界矿山生态修复的先行者和领导者。近年来,由于资金缺口大、技术难度大、监管不完善等原因,澳大利亚矿山生态修复面临一些挑战,正在实施制度改革,加强资金保障和动态监管,完善基本准则与技术体系。当前我国正在统筹推进国土空间生态修复,构建全域生态修复的监管体系、技术标准和支撑体系,但面临生态修复标准不完善和基础理论缺乏等方面的挑战,需要借鉴国际经验。本文评述澳大利亚矿山生态修复的经验,以期为我国新时期矿山生态修复提供借鉴。

黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

黄土高原矿区生态环境脆弱,科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此,需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程,修复的适应性和恢复力及增汇潜力,揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制,最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明:(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等;(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低,适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林(43.2%~100.0%)>阔叶林(49.2%~83.2%)>针叶林(47.9%~76.5%)>草地(39.1%~70.7%)>灌木草地(43.0%~69.0%)。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系,修复10~15年时最高,混交林生态恢复耗时最长,但固碳潜力最大;(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关;(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径,有利于碳汇的长期稳定和提升。

基于无人机遥感的矿山重建植被功能多样性研究

植被功能多样性是反映生态系统固碳能力的重要指标,估测功能多样性对于评价生态恢复成效和指导生态修复工程具有重要意义,但中低分辨率遥感数据难以实现植被功能多样性的估测。为此,本文以半干旱区某煤矿排土场为试验区域,利用无人机遥感手段获取激光雷达与高光谱影像数据,反演重建植物群落的功能多样性,并揭示不同修复模式下功能多样性的差异。研究结果表明,无人机可以快速获取高精度的植被高光谱和激光点云数据,有效估测植物群落的形态和生理性状。基于形态和生理性状,可以有效地定量描述植物群落功能多样性。生态修复初期的植被选取和配置会对演替后的植物群落功能多样性造成显著影响,乔灌混合的植物群落在演替后的植物性状和多样性水平高于纯林和草本群落。无人机遥感可以快速获取精细的群落结构和功能数据,为生态修复成效评价和植被优化提供可靠依据。

矿山土地生态系统退化诊断及其调控研究

当前"整体保护、系统修复、综合治理"理念对矿区生态系统性修复提出了明确的要求,然而长期以来对矿山土地生态系统退化内涵缺乏科学界定,诊断标准不一。分析国内外研究进展,重新界定矿山土地生态系统退化的概念,辨析矿山土地生态系统退化的内涵特征;剖析了矿山土地生态系统退化的影响因素,提出矿山土地生态系统退化程度受外界扰动压力、环境支撑力、生态系统恢复力、人为提升力等作用。明确了矿山土地生态系统退化的诊断标准,包括:归纳了以历史时期状态、周边稳定生态、人为定义标准等,总结了基于试验测试、遥感监测、数值模拟的诊断方式,分析了矿山土地生态系统退化诊断时间选取与监测频次。随后,辨析了不同采矿方式对矿山土地生态系统退化的扰动过程,由此揭示矿山土地生态系统退化的3个阈值,并判定关键环境要素损伤以及土地生态系统退化的可逆性。分析表明,末端治理的老路已不能适应绿色发展的需要,"主动性采前预防、联动型动态监测、系统性生态修复、多元化修复治理"的调控策略可为矿山土地生态系统全面系统修复提供服务。

近30年天山北坡改进型遥感生态指数时空变化及其驱动因素

天山北坡是西北地区重要的生态功能区和重要经济带,受气候变化和人类活动的影响,脆弱的生态环境面临着巨大挑战,但目前对该地区生态环境质量时空变化、特征及驱动力的认识较少。为此,本文利用改进型遥感生态指数(ERSEI)、空间自相关分析、多元线性回归分析和地理加权分析方法揭示天山北坡1990、2000、2010和2020年4个时期生态环境质量时空变化、特征及其驱动因素。结果表明:(1)1990-2020年天山北坡ERSEI先大幅下降后逐渐恢复并持续上升,生态环境质量逐渐改善并趋于稳定,总体呈“东优西劣”的空间格局;(2)天山北坡生态环境对气候变化较为敏感,温度是ERSEI变化的最重要驱动因子;(3)不同驱动因素对ERSEI的影响存在显著的空间异质性,自然因素对局部ERSEI空间分异起主导作用,人为因素则对年际ERSEI变化产生重要影响。这表明气候变化和人类活动显著影响ERSEI变化,未来应科学规划各类经济活动,减缓气候变化效应,提升天山北坡生态安全和环境可持续性。

基于三参数阈值分割的露天矿山土地遥感分类方法

传统的单机遥感影像处理模式效率低,难以满足对全球任意地区矿山土地覆被快速分类的需求。本文基于遥感云计算平台,开发了三参数阈值分割分类方法,并选取全球9处露天矿山完成了验证。结果表明:1)NDVI、NDWI和NDBI 3个遥感指数是矿山土地覆被的敏感性指标,可有效区分矿山土地覆被类型;2)基于遥感云计算平台和三参数阈值分割方法可以实现全球任意矿山的土地覆被快速分类,三参数阈值分割方法的总体精度高于监督分类的总体精度;3)三参数阈值分割方法分类结果的边界清晰,分类准确度的排序为裸土>森林>水体>裸岩>灌草,分割阈值对不同地球气候带的矿山具有适应性。总体来看,该方法可以有效实现不同地区矿山土地覆被的快速分类,为实现全球矿山土地覆被整体监测提供一种新的方法。

黄河流域煤炭资源开发战略研判与生态修复策略思考

黄河流域煤炭资源富集与生态环境脆弱并存,亟待破解煤炭资源开发与生态环境保护的矛盾,构建黄河流域高质量发展新格局。按流域水系划分并结合《全国矿产资源规划(2016—2020年)》,有57个国家规划煤矿区应隶属黄河流域。为此,构建了黄河流域资源环境承载力指标体系,揭示了黄河流域资源环境承载力指数的时空规律;重新审视了煤炭资源开发强度测算方法,量化了黄河流域34个煤矿区的煤炭资源开发强度;利用耦合协调度模型测度了矿区尺度煤炭资源开发强度与区域尺度资源环境承载力的匹配程度。结果发现,下游以高级协调为主,显著高于中上游且较稳定。但2010—2018年中上游变化趋势有差异:中游从初级协调(0.62)降至勉强协调(0.51);上游以初级协调为主,耦合协调度从0.60提升至0.62。随着能源战略重心西移,晋陕蒙宁四省区的煤炭开发强度不断增大,特别是榆横、榆神、吴堡、离柳等矿区煤炭资源开发强度已然与资源环境承载力不匹配;青海木里矿区从勉强协调(0.53)降至中度失调(0.25),降幅超50%;甘肃整体改善幅度较大,各矿区均有不同程度提升。基于此,研判黄河流域煤炭资源保护性开发利用战略:①要从“水资源-煤炭资源-社会经济-生态”的全局性视角探析黄河流域“煤水双保”;②与资源环境承载力不相匹配的煤炭开发方式亟需改进或退出;③煤炭资源开发应与更大尺度的国土空间规划相协同;④加强闭矿后矿业废弃地与废弃矿井的资源化利用。鉴于黄河流域地域跨度大、矿区分布广,历史遗留问题较多、潜在生态风险较高,点上问题亟待解决、线上问题不容忽视、面上问题更需重视。建议将黄河流域煤矿区划分为青甘保育区、蒙宁陕风沙区、晋陕黄土区、豫鲁平原区4类区域,未来煤炭资源开发与生态修复应实施分区管控、分类治理、分级修复、分步推进,坚持生态保护与修复并举、自我恢复与人工修复并重,以期为黄河流域生态保护与煤炭高质量发展提供科技支撑。

基于非线性动力学模型的矿山土地生态系统恢复力机制

实现近零生态损害的资源开采、国土空间生态的系统修复,恢复力是关键。尽管一些研究直接或者间接地指出了恢复力的重要性,但目前对矿山土地生态系统恢复力机制的理论认识还很缺乏。构建了一个矿山土地生态系统的非线性动力学模型,利用数值模拟方法来揭示恢复力在矿山土地生态系统中的动力学表现和基本性质,以期为矿山区域国土空间的系统修复和保护提供理论依据。研究结果表明:①恢复力是矿山土地生态系统的基本属性,是指在有限强度的扰动后,系统具有回复到平衡点、保持原状态和定性结构的能力;②恢复力产生的原因是系统具有复杂结构,且是自组织的,在面临扰动时表现出自维持能力;③参数变量是决定恢复力大小的重要因素,其阈值空间是测度恢复力的直接指标;④恢复力具有可塑性,调控恢复力的基本途径是恢复力强化和克服,关键技术是对参数变量及其阈值、状态-参数变量间关系进行调控。矿山土地生态系统恢复力是一个客观存在的动力学属性,该属性为采矿前土地生态影响评估、采矿中土地生态系统状态维持、采矿后土地生态系统修复和可持续发展提供了基本依据。恢复力可以作为系统保护和修复的核心准则,恢复力思维则是指导土地复垦与生态修复的核心理论之一。未来需要加强对恢复力测度、调控和建设方法的研究,并在与采矿活动和环境保护的具体工程中大力推进恢复力机制的技术应用和集成。

高硫酸盐矿山废水的处理方法研究进展

基于国内外相关研究成果及工程案例,对高硫酸盐矿山废水的成因、主要的处理技术及存在问题进行了综述。酸性高硫酸盐矿山废水可采用中和沉淀法、石灰石沟渠法、缺氧石灰石沟渠法、硫酸盐还原生物反应器、可渗透反应墙、人工湿地等处理技术,碱性高硫酸盐矿山废水主要采用反渗透、电渗析、离子交换树脂、纳滤等处理技术。在实际工程应用过程中,由于高硫酸盐矿山废水,一般同时含有重金属、氟化物等,需要根据矿山废水污染物类型,同时考虑污染物排放标准和环境质量标准,综合评估硫酸盐的处理方法,实现硫酸盐处理的低成本、低能耗化和资源化。

北方大型露天矿区土壤有机碳库扰动与恢复研究

大规模露天煤矿开采严重扰动了矿区地形地貌和土壤碳循环过程。露天矿区土壤有机碳恢复提升符合“双碳”目标,对土壤肥力改善和生态系统自维持具有重要意义。为揭示露天采矿引起的土壤有机碳库的损失扰动特征,掌握矿区土壤有机碳恢复的影响因素及其提升策略,以我国最大的露天煤矿群准格尔矿区为研究区域,通过哨兵二号遥感影像提取了采损区域,采用了149个土壤采样和统计插值、影响因素回归分析等方法。研究结果表明,半干旱地区露天矿排土场矿山土与自然土壤的理化性质、生物活性等都具有明显差异,缺少自然表土覆盖的新复垦排土场矿山土有机碳含量极低,平均为0.19%;由于自然表土剥离不规范,无序混排等,据测算该区域表层土壤有机碳损失累计超过62万t;回归分析表明影响矿山土有机碳的恢复的因素依次是全氮(0.559)、复垦年限(0.225)和植被NDVI(0.172);调查表明复合植被恢复模式的土壤有机碳含量显著高于单一植被恢复模式,其中沙棘、苜蓿、草木樨构成的草灌群落土壤有机碳含量接近自然土壤。在单一植被恢复模式下,土壤有机碳含量恢复表现为:以沙柳等为主的灌木>以油松等为主的乔木>以火炬树等为主的小乔木>以紫花苜蓿等为主的草本植物。排土场复垦区平台和边坡土壤有机碳含量随时间变化不断增加,复垦年限5年后矿山土有机碳快速提升。排土场矿山土有机碳的持续提升是排土场生态修复成功的关键;控蚀保肥、添料增碳、植被汇碳、保护性耕作等措施是露天矿区排土场矿山土有机碳提升的主要技术途径。

生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解水中菲的性能研究

生物炭负载纳米铁(BC@nZVI)是一种新型的高效非均相活化材料,可活化过硫酸盐(PS)进行原位化学氧化,去除焦化场地等复杂污染场地中的多环芳烃。针对BC@nZVI活化PS对菲(PHE)降解性能及影响因素,基于液相还原法制备BC@nZVI,采用BET比表面积测试、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术、傅里叶变换红外光谱等表征BC@nZVI的孔隙结构、表观形貌、元素分布、结构形态、物相组成、官能团等特性,研究BC@nZVI铁碳比、BC@nZVI投加量、PHE初始浓度、PS浓度等因素对BC@nZVI活化PS降解PHE的影响。采用准一级动力学模型评估PHE的降解动态,采用电子顺磁共振(EPR)确定BC@nZVI/PS体系中的自由基。研究结果表明,BC可有效负载nZVI并缓解nZVI的团聚,有利于提高对PS的活化效率;铁碳比为1:4(质量比)的BC@nZVI活化PS降解PHE的效果最优,在PHE初始质量浓度为1 mg/L、PS浓度为1.6 mmol/L、BC@nZVI投加量为0.6 g/L的最佳条件下,PHE的降解率达到94.59%。PHE的降解率随着PHE初始质量浓度的升高而降低;在酸性环境下的PHE降解效果优于中性及碱性环境下的PHE降解效果。BC@nZVI/PS体系中的活性物种主要有SO_(4)~-·、·OH和O_(2)~-·。