蚯蚓是土壤中常见的生物类群,它可以以植物的枯枝落叶、家畜粪便、生活垃圾等为食,所以在一定程度上能减少环境污染。蚯蚓是重金属污染指示生物(胡安,2012),许多研究者发现,蚯蚓对农药和重金属有较强的富集作用,因此,蚯蚓是修复重金属污染的辅助生物。蚯蚓作为有机体,只能忍受一定浓度的重金属污染土壤,但蚯蚓排泄物——蚯蚓粪在污染土壤中的作用不会受污染浓度的制约。近年来,蚯蚓粪在各领域的应用及研究备受关注。目前把蚯蚓粪利用作为有机肥的较多,因为蚯蚓粪中含有丰富的营养元素和有机质,可将其用在生产绿色农产品和绿化苗木上;蚯蚓粪中富含大量的微生物菌群,能控制作物的病害发生(高海,2015)。它是一种高效易得的材料,在可持续发展方面发挥着重要作用。许多研究者对蚯蚓粪进行讨论及研究后发现,蚯蚓粪因具有较大的比表面积,能较大程度地吸附重金属。蚯蚓粪作为重金属污染的修复剂,通过改变重金属的理化性质,使重金属产生吸附、络合、沉淀等一系列反应,降低其生物有效性,减少植物对其吸收,从而遏制重金属进入食物链(周美荣,2012)。另有研究表明(李扬,2010),蚯蚓粪在修复重金属污染中具有巨大的潜能。以畜粪及其蚓粪作为吸附剂去除水中重金属已有大量的研究报道,如朱维琴等(2008)以猪粪及猪粪源蚓粪去除水中重金属对比研究发现,猪粪源蚓粪对Pb和Cd的吸附固定能力明显高于猪粪。60563
目前土壤重金属修复的方法主要通过物理和化学的方法降低重金属的生物有效性,这些方法在实际运用中要花费较大的资金,且仅限用于改良小规模的污染土壤和水体。吸附法是有效去除污染水体中重金属的较为环保的方法之一,受到研究者们的广泛关注。因此,寻找一种方便易得、低廉的吸附剂以吸附固定重金属就显得尤为重要,目前吸附剂包括生物炭、活性炭、一些矿物材料等。生物炭(biochar)定义为在厌氧或无氧环境中,将木材、固体废弃物、秸秆、禽畜粪便等通过高温裂解(≤700℃)后得到的生物燃料,富含多种元素,其含碳量可达70%。它是一种新兴的吸附剂,不仅使废弃物得以资源化利用,而且可以作为重金属污染吸附剂。生物炭的制备原料来源广泛,如固体废弃物、畜禽粪便、木屑等。生物炭具有芳香化结构、较大的比表面积和致密的微孔结构等特点,使它对重金属有较强的吸附能力,能有效降低重金属的生物有效性。它还具有高效、无污染、廉价易得、可大面积推广等显著特点,因此越来越多的学者把生物炭应用到治理重金属污染中。
王章鸿(2015年)利用蚯蚓粪制备生物炭对罗丹明B的吸附进行研究论文网,实验表明蚯蚓粪经热解碳化后,吸附效果理想。吴丹(2015)的研究中由牛粪作为制备生物炭的原材料,探讨出牛粪生物炭对土壤中铵态氮和硝态氮的抑制作用明显高于牛粪。Keri (2012)研究指出,动物粪便热解得到的生物炭呈碱性、有稳定芳香族结构,以及丰富的矿物质,养分含量高于以木屑为原料的生物炭。这些研究充分表明畜禽粪便热解产生的生物炭具有很大的潜力作为吸附剂去除重金属污染物。国内外已有许多关于牛粪生物炭及蚓粪生物炭对重金属污染的吸附研究,但关于牛粪源蚓粪及其生物炭的研究较少,因此,本课题以牛粪源蚓粪为原料,在不同温度下(0、350和700℃)高温热解出蚓粪生物炭。从不同的初始浓度、pH和时间等因素研究蚓粪及其生物炭对重金属离子Cu2+、Zn2+的吸附特性,研究其吸附动力学、pH影响及吸附解吸情况等,从而确定牛粪源蚓粪及其生物炭的最大吸附量和最佳吸附条件,为开发研究一种对重金属污染吸附性能强、低廉且易得的吸附剂提供确实可靠的理论依据。