生物炭协同修复纺织废水用于菠菜与香菜种植的潜力挖掘：废弃物资源化路径探索

《Environmental Technology & Innovation》：Unlocking the potential of co-pyrolyzed biochartreated wastewater for spinach and coriander cultivation: Transforming waste into a valuable resource

本研究针对纺织废水重金属污染及农业水资源短缺问题，通过开发甘蔗渣与稻壳共热解生物炭吸附Cr、Pb等重金属，并评估其处理后废水对菠菜、香菜生长及重金属积累的影响。结果表明，450°C制备的生物炭对Cr、Pb去除率分别达99.9%和77.6%，且处理后废水灌溉的作物重金属含量低于检测限，生长指标显著提升。该研究为废水农业回用提供了低成本、环境友好的技术方案，对水资源可持续管理具有重要意义。

　　

随着全球水资源短缺问题日益严峻，纺织工业排放的废水因含有高浓度重金属成为环境治理的难点。在巴基斯坦等干旱地区，未经处理的废水被直接用于农田灌溉，导致重金属通过食物链进入人体，引发健康风险。传统废水处理方法成本高昂且易产生二次污染，因此开发高效、低成本的废水净化技术迫在眉睫。近期发表于《Environmental Technology》的一项研究提出了一种创新思路：利用农业废弃物制备的生物炭吸附重金属，并将净化后的废水用于作物灌溉，实现“以废治废”的资源循环。

为验证这一设想，研究团队以甘蔗渣和稻壳为原料，在450°C–550°C条件下热解制备了四种生物炭，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对其结构进行表征。随后，通过批次吸附实验优化了pH、吸附剂用量和接触时间对Cr、Pb的去除效率，并开展盆栽实验，比较了自来水、未处理废水和生物炭处理后废水对菠菜和香菜生长及重金属积累的影响。

3.1. 废水特性分析

纺织废水中Cr和Pb浓度分别为10.3 mg·L^?1和0.69 mg·L^?1，远超当地环境标准，且化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）均超标，表明废水具有高污染负荷。

3.2. 生物炭表征

450°C热解60分钟制备的生物炭（Biochar 2）性能最优，其固定碳含量达60.1%，孔隙结构丰富，表面存在羟基、羧基等官能团，为重金属吸附提供了活性位点。

3.3. 吸附实验关键参数

在pH=3、吸附剂用量0.5 g·L^?1、接触时间90分钟条件下，Cr和Pb的去除率分别达到99.9%和77.6%。动力学模型表明吸附过程符合伪二级模型，以化学吸附为主。

3.5. 土壤与堆肥特性

实验土壤为碱性粉壤土，搭配叶片堆肥后，其阳离子交换容量（CEC）和营养元素含量显著提升，为植物生长提供了良好基础。

3.6. 废水对作物生长的影响

使用处理后废水灌溉的菠菜和香菜，其根长、鲜重等生长指标均显著优于自来水组和未处理废水组。例如，菠菜根长和根鲜重分别达到3.90 cm和3.0 g，而未处理废水组仅2.92 cm和1.3 g。

3.7. 重金属积累分析

未处理废水灌溉的作物中，Cr和Pb在菠菜地上的积累量分别高达10.13 mg·kg^?1和2.83 mg·kg^?1，而处理后废水组的重金属含量低于检测限，证实生物炭处理有效阻断了重金属向作物的转移。

本研究通过系统实验证明，甘蔗渣与稻壳共热解生物炭能高效去除纺织废水中的Cr和Pb，且处理后废水可用于安全灌溉，显著促进作物生长。该技术不仅降低了废水处理成本，还为农业水资源短缺地区提供了可持续的灌溉方案，有望在废弃物资源化和环境污染治理领域发挥重要作用。未来研究可进一步探索生物炭在田间尺度应用的效果及其对多种作物的长期影响。