由于重金屬不能被微生物降解，它通過食物鏈在動(dòng)物、人體內(nèi)蓄積，嚴(yán)重影響人體健康，尤其是鉛離子在動(dòng)植物及人體內(nèi)累積，達(dá)到一程度后就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，尤其對(duì)免疫力低下人群。鉛蒸汽和鉛粉塵極易通過呼吸道進(jìn)入人體，通過消化道吸收進(jìn)入血循環(huán)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年重金屬鉛的排放量高達(dá)4.5t/a，主要有鑄造、采礦、涂料、冶煉、油漆、農(nóng)藥、化肥、電鍍等。
生物炭也稱生物質(zhì)炭，是生物殘?bào)w在缺氧或無氧條件下，熱解（通常≤700℃）得到的一類難熔、穩(wěn)定、高度芳香化、含炭的固態(tài)物，主要組成元素有碳、氫、氧、氮等。具有成本低、無污染、生態(tài)安全、易大面積推廣等特點(diǎn)。其作為一種新型環(huán)境功能材料在農(nóng)業(yè)土壤改良、污染土壤修復(fù)、溫室氣體減排等方面有巨大應(yīng)用潛力，是目前的國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。生物炭具有良好孔隙結(jié)構(gòu)、較大的孔隙度和巨大的比表面積，其表面含有羧基、酚羥基、羰基、酸酐等基團(tuán)，這些結(jié)構(gòu)特性使生物炭具備了良好的吸附特性及穩(wěn)定性。
生物炭制備主要以秸稈、木屑，玉米芯，麥稈等植物，動(dòng)物糞便以及污泥為主。每年我國產(chǎn)生3000萬噸-4000萬噸含水率在80%左右的市政污泥，目前污水處理大部分只是一個(gè)污染物轉(zhuǎn)移的過程，把污染物從水轉(zhuǎn)化到了污泥中，當(dāng)前普遍采用的污泥的處理方法主要有干化焚燒、填埋、堆肥等，污泥的處理與處置一直是一個(gè)難題，國內(nèi)大部分污泥處理是在于將污染物減量化，并沒有使其資源化；我國每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈約23010萬噸，農(nóng)作物秸稈是由大量的有機(jī)物和少量的無機(jī)物及水所組成的，其有機(jī)物的主要成分是纖維素類的碳水化合物，此外還有少量的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪。我國大部分秸稈都被直接燃燒，造成資源浪費(fèi)且易造成大氣污染；我國畜禽養(yǎng)殖總量不斷上升，每年產(chǎn)生38億噸畜禽糞便，糞便中主要含有蛋白質(zhì)、脂肪類、有機(jī)酸、纖維素以及鉀、磷等微量元素，目前我國動(dòng)物糞便有效處理率卻不到50%，若不進(jìn)行有效處理，容易污染土壤及地下水。這些不僅造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)，對(duì)我們周邊環(huán)境也造成危害。
通過熱解技術(shù)制備生物炭是一種很有潛力的資源化利用途徑，熱解可以很大程度降低物質(zhì)的體積，滅菌及回收物質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)。是有機(jī)廢棄物資源化利用的有效途徑之一。熱解炭具有活性碳的一些特點(diǎn)，通過探究熱解工藝，從而熱解炭的性能達(dá)到或優(yōu)于活性炭標(biāo)準(zhǔn)，可吸附重金屬用于土壤修復(fù)和廢水深度處理。
1、生物炭吸附海產(chǎn)品中重金屬鉛離子的原理
生物炭不是一般的木炭，是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環(huán)境下，通過高溫裂解將木材、草、玉生物炭米稈、海產(chǎn)品污泥或其它農(nóng)作物廢物碳化。這種由植物形成的，以固定碳元素為目的的木炭被科學(xué)家們稱為”生物炭”。它的理論基礎(chǔ)是：生物質(zhì)，不論是植物還是動(dòng)物，在沒有氧氣的情況下燃燒，都可形成木炭。
生物炭是一種經(jīng)過高溫裂解”加工”過的生物質(zhì)。裂解過程不僅可以產(chǎn)生用于能源生產(chǎn)的氣體，還有碳的一種穩(wěn)定形式——木炭，木炭被埋入地下，整個(gè)過程為”碳負(fù)性”（carbon negative）。生物炭幾乎是純碳，埋到地下后可以有幾百至上千年不會(huì)消失，等于把碳封存進(jìn)了土壤。生物炭富含微孔，不但可以補(bǔ)充土壤的有機(jī)物含量，還可以有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。事實(shí)上，之所以肥沃的土壤大都呈現(xiàn)黑色，就是因?yàn)楹剂扛叩木壒�。生物炭具有良好孔隙結(jié)構(gòu)、較大的孔隙度和巨大的比表面積，其表面含有羧基、酚羥基、羰基、酸酐等基團(tuán)，這些結(jié)構(gòu)特性使生物炭具備了良好的吸附特性及穩(wěn)定性。
2、生物炭吸附海產(chǎn)品中重金屬離子鉛應(yīng)用
現(xiàn)鉛廢水處理技術(shù)主要采用離子交換、膜分離法、化學(xué)還原法、反滲透和蒸餾電滲析等。有研究表明，相比于傳統(tǒng)活性炭，生物炭對(duì)重金屬的吸附效果顯著，例如在200℃下燒制的牛糞生物炭對(duì)Pb2+的吸附量是普通活性炭吸附量的6倍。生物炭對(duì)重金屬離子的吸附主要依靠表面吸附，由于生物炭中H、N、S元素含量隨著熱解溫度的升高和熱解時(shí)間的增加而減少，所以生物炭中的含氧和含氮官能團(tuán)減少，從而削弱生物炭對(duì)重金屬的吸附能力。相關(guān)文獻(xiàn)中如BEESLEY等（2011）研究也表明，生物炭對(duì)土壤中重金屬As3+、Cd2+、Zn2+的吸附主要依靠表面吸附，隨著熱解溫度的升高和熱解時(shí)間的增加，熱解生物炭形成了較多的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，與金屬離子間發(fā)生陽離子E2鍵作用，從而增強(qiáng)生物炭的吸附能力，提高熱解溫度并增加熱解時(shí)間有利于提高污泥熱解炭對(duì)重金屬的吸附能力。生物制炭與植物制炭在吸附機(jī)理上有一定的相似性，相關(guān)研究利用水稻秸稈制成生物炭進(jìn)行土培實(shí)驗(yàn)，研究了其對(duì)土壤pH和CEC等性質(zhì)的影響和吸附機(jī)制，表明生物炭對(duì)重金屬Pb的吸附主要是生物炭表面的含氧官能（-COOH和-OH）與Pb2+結(jié)合形成表面絡(luò)合物，從而將Pb固定在生物炭表面，主要依靠化學(xué)吸附，而不僅僅依靠生物炭比表面和孔體積引起的物理吸附。在研究水葫蘆炭、楊樹枝炭和玉米秸稈炭時(shí)也得出相同結(jié)論，其認(rèn)為是由于水葫蘆表面有較多的含氧官能團(tuán)致使其相較其它兩者較良好的重金屬吸附性能。同樣指出生物炭吸附重金屬主要依靠其富含的含氧官能團(tuán)及其釋放的陽離子。因此在實(shí)際中應(yīng)控制合適的重金屬Pb2+污水濃度，以提高熱解生物炭的利用率。適當(dāng)提高重金屬溶液濃度，提高熱解溫度和增加熱解時(shí)間有利于提高熱解生物炭對(duì)重金屬Pb2+的吸附量。提高熱解溫度和增加熱解時(shí)間有利于提高熱解生物炭對(duì)重金屬Pb2+的去除率。可見，利用熱解技術(shù)將廢棄物制備成生物炭來吸附污水中的重金屬鉛離子，為廢棄物資源化提供有效新途徑。
3、結(jié)語
通過熱解技術(shù)將秸稈、木屑，玉米芯，麥稈等植物、動(dòng)物糞便以及海產(chǎn)品污泥等廢棄物制備成生物炭來吸附污水中的重金屬鉛離子，為廢棄物資源化利用及其在土壤和廢水重金屬治理中發(fā)揮出巨大作用，真正做到資源綜合利用。（來源：浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司）
