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摘要：本文系統綜述了幾種常見農業廢棄物及其改性產物在水處理中的應用及研究進展，闡述了其在水處理中的幾種應用方法以及采用不同方法時的處理效果。最后從研究方法對農業廢棄物的發展方向進行了展望，以期利用農業廢棄物低成本、資源化的優勢在水處理中得到更加廣闊的應用。

關鍵詞：農業廢棄物；吸附；緩釋碳源；生物質炭；水處理

農業廢棄物是人們在農業作物收獲、生產和加工的過程中所產生和廢棄的有機物質的總稱[1]。我國是一個農業大國，但同時也是世界范圍內農業廢棄物產量最大的國家。近些年來隨著人口的持續增長，對農作物的需求量也日益增加，農業生產產生的廢物無法估量。但由于大多數農民在生產生活中都隨意處理農業廢棄物，將絕大多數的農業廢棄物就地焚燒或者遺棄，造成了嚴重的資源浪費，使得我國農業廢棄物的整體資源化水平很低[2]。這不僅成為了農村環保的關鍵問題，甚至對我國的環境污染也造成了巨大隱患。如何在可持續發展的背景下有效利用農業廢棄物，減少污染和對生態環境的破壞已成為我國發展的關鍵問題[3]。因此對我國農業廢棄物進行資源化利用具有十分重大的意義，近些年眾多專家學者也開展了農業廢棄物在水處理領域中的應用研究。本文根據文獻報道，就幾種常見的農業廢棄物（秸稈、玉米芯、稻殼、果殼）在水處理中的應用進行了綜述，并對其發展趨勢進行展望。

1農業廢棄物在水處理中的應用

參考各類文獻，農業廢棄物在水處理中主要有著三種應用方法。第一種是將農業廢棄物或其改性產物制備為生物質吸附劑通過吸附機制去除水中的重金屬離子或抗生素等有害物質；第二種是將農業廢棄物當作外加固體碳源投入生物反應器中為反硝化菌及異養菌提供源源不斷的碳源以及作為微生物生長的載體；第三種則是將農業廢棄物處理為生物質炭，利用其改性后性能對廢水進行處理。

1．1制備生物質吸附劑

隨著各類工業廢水（染料廢水、造紙廢水等）造成的環境問題，其中，如何獲取制備環境友好型的高效吸附劑已逐漸成為了水處理領域研究者們所關注的焦點。而生物質吸附劑J具有對環境友好，價格低廉、來源廣泛的特點，諸如常見的玉米秸稈、稻殼粉、果殼等低成本農業廢棄物均是潛在的生物吸附劑。我國農業廢棄物資源量巨大，利用農業廢棄物制備吸附劑，不僅可以減少環境污染，改善環境質量，同時帶來巨大的環境效益、社會效益和經濟效益。眾多研究表明，將常見的農業廢棄物或者其改性產物作為生物質吸附劑，在水環境污染治理領域中具有巨大潛力。生物質吸附劑多用于水中重金屬離子的去除，張鐵軍等通過采用Fe3O4、殼聚糖和檸檬酸對玉米秸稈改性制得復合材料SMC，提升了玉米秸稈對Cr3+的吸附效果[4]。姜楠以稻殼粉和玉米芯作為生物質吸附劑對三種不同成分的工業廢水進行實驗后表明：在最佳吸附條件時，稻殼粉對Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr3+的去除率分別最高達到了57.7%、42.1%、28.2%、32.9%；玉米芯對四種重金屬離子去除率最高達到了30.4%、29.8%，Cd2+去除率26.4%、55.9%[5]。許彥明等研究證明以油茶果殼作吸附劑對Ca2+和Al3+進行吸附的過程，符合Freundlich模型，其對Al3+和Ca2+的理論最大吸附量分別達到11.04mg/g、11.39mg/g[6]。梁昊等通過采用七種不同化學試劑對水稻秸稈進行改性處理，實驗得出經高錳酸鉀改性后的水稻秸稈對重金屬離子Cd2+的吸附效果達到最高10.024mg/g[7]。部分研究表明，農業廢棄物對于水中抗生素的吸附也具有良好的表現。由NaOH活化處理后的堅果殼作為吸附劑對四環素具有良好的吸附潛力[8]。TorrellasS等發現：與傳統顆粒活性炭相比，由核桃殼制備的吸附劑比表面積大約是其的1.38倍，這使得核桃殼吸附劑對四環素的去除能力更為突出[9]。AHMED等通過甲醇對稻殼進行改性作為吸附劑處理水中四環素，其最大吸附率可達到98%[10]。

1．2作外加固體緩釋碳源

在傳統生物脫氮過程中，反硝化菌通過反硝化作用將亞硝酸鹽、硝酸鹽轉化為氮氣，從而達到脫氮目的。然而，這個過程需要有機碳源，而往往地下水中的有機碳源并不充足，因此需要人為投加甲醇、乙醇等碳源。雖然這些有機碳源在處理效果上表現優異，但在安全性與經濟性上均有所不足。因此有德國學者提出了投加固體緩釋碳源作為反硝化中所需碳源[11]。固體緩釋碳源在水中既可以緩慢釋放自身的有機碳，滿足反硝化菌的需要，又可以避免外加有機碳源常出現的投加過量從而引起二次污染的風向，還能夠使微生物附著形成部分生物膜，進一步加強水處理效果，是一個具有開闊前景的研究方向。而農業廢棄物及其改性產物往往被作為主要的緩釋碳源對象進行研究。楊平等以不同濃度的NaOH、Ca（OH）2、NaClO對稻殼進行改性處理，通過對比改性后稻殼表面糙化效果、芽孢桿菌吸附量、靜態釋碳量、生物纖維素含量、灰分含量，優選出6%NaOH處理后的稻殼作為反硝化碳源相比未處理稻殼的生化性能有顯著提升[12]。陳佼等將堿熱處理后的玉米芯作為緩釋碳源，為CRI系統的反硝化補充了充足碳源，加強了TN的去除率，最終TN去除率比對照組提高了58.35%[13]。陳天虎等將秸桿作為SRB代謝的緩釋碳源和硫酸鹽還原反應的電子供體對模擬尾礦庫進行生物處理防止AMD的產生，與對照組相比添加秸稈后的實驗柱中SO42-去除率與重金屬去除率均大幅提高，重金屬去除率更是達到了99.5%[14]。茹波對不同浸泡時間以及不同預處理方式下的蘆葦秸稈浸出液作反硝化碳源進行對比實驗，發現未處理蘆葦秸稈浸出液作為碳源時平均反硝化速率優于熱、堿預處理蘆葦秸稈，且在前三天的平均反硝化速率超過2mgNO3--N/（gMLSS·h）[15]。

1．3作生物質炭

生物質炭是將富含碳元素的生物質在缺氧條件下高溫裂解或不完全燃燒而產生的一種難熔性的固態產物[16]。生物質炭主要由碳、氫、氧三種元素組成，其表面含有大量的含氧活性基團與孔隙，具有高度的芳香化特征，并具有一定的疏水性、吸附性、穩定性，在污水處理或減排溫室氣體等環保治理方面具有廣闊的應用前景。目前，已有許多文獻報道利用玉米芯、秸稈、果殼等農業廢棄物來制備生物質炭，充分發揮其廉價易得的特點，且變廢為寶，實現了生態資源的循環利用。關孟欣等添加玉米芯生物質炭于污泥中，使污泥蚯蚓糞中微生物群落多樣性增加，增強了有機質的礦化作用[17]。劉輝等以農業廢棄物玉米秸稈為原料制備生物質炭，研究其對廢水中苯酚的吸附性能[18]。在吸附的平衡時間為180min，酸性條件下，玉米秸稈生物質炭投加量為10g/L時，達到最佳吸附條件。此時生物質炭對于水中的苯酚吸附量達到了44.25mg/g；對苯酚的吸附去除率高達98.85%，起到了優異的吸附效果。董攀龍等以柚子皮制作生物質炭對亞甲基藍進行吸附，實驗證明所制備的生物質炭材料在5min時就能夠達到吸附平衡[19]。

2結論與展望

本文就幾種常見的農業廢棄物及其改性產物作生物質吸附劑、外加固體緩釋碳源、生物質炭的應用進行了闡述，指出了其在水處理領域中的應用方向以及作各種用途時的效果，希望能夠為農業廢棄物在水處理領域的資源化利用提供一定的參考價值。但就目前研究來看，農業廢棄物及其改性產物的應用大多局限于實驗階段，而實現農業廢棄物的高效資源化利用還需要專家學者們做進一步研究。例如利用農業廢棄物作生物質炭對水中的物質進行吸附時，許多研究僅著眼于某種生物質炭對水中一種或幾種物質的吸附效果，但廢水中往往存在著各類的污染物。后續研究應進一步全面考察每種生物質炭對水中各類物質的吸附機制，從而達到資源利用最大化。

作者：沈力 曹新 楊明霞 單位：蘭州交通大學環境與市政工程學院 甘肅省黃河水環境重點實驗室