沈 力，曹 新，楊明霞

（1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省黃河水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730070）

農(nóng)業(yè)廢棄物是人們?cè)谵r(nóng)業(yè)作物收獲、生產(chǎn)和加工的過(guò)程中所產(chǎn)生和廢棄的有機(jī)物質(zhì)的總稱(chēng)[1]。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但同時(shí)也是世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量最大的國(guó)家。近些年來(lái)隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)作物的需求量也日益增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢物無(wú)法估量。但由于大多數(shù)農(nóng)民在生產(chǎn)生活中都隨意處理農(nóng)業(yè)廢棄物，將絕大多數(shù)的農(nóng)業(yè)廢棄物就地焚燒或者遺棄，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，使得我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物的整體資源化水平很低[2]。這不僅成為了農(nóng)村環(huán)保的關(guān)鍵問(wèn)題，甚至對(duì)我國(guó)的環(huán)境污染也造成了巨大隱患。如何在可持續(xù)發(fā)展的背景下有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物，減少污染和對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞已成為我國(guó)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[3]。

因此對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行資源化利用具有十分重大的意義，近些年眾多專(zhuān)家學(xué)者也開(kāi)展了農(nóng)業(yè)廢棄物在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。本文根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，就幾種常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、玉米芯、稻殼、果殼）在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 農(nóng)業(yè)廢棄物在水處理中的應(yīng)用

參考各類(lèi)文獻(xiàn)，農(nóng)業(yè)廢棄物在水處理中主要有著三種應(yīng)用方法。第一種是將農(nóng)業(yè)廢棄物或其改性產(chǎn)物制備為生物質(zhì)吸附劑通過(guò)吸附機(jī)制去除水中的重金屬離子或抗生素等有害物質(zhì)；第二種是將農(nóng)業(yè)廢棄物當(dāng)作外加固體碳源投入生物反應(yīng)器中為反硝化菌及異養(yǎng)菌提供源源不斷的碳源以及作為微生物生長(zhǎng)的載體；第三種則是將農(nóng)業(yè)廢棄物處理為生物質(zhì)炭，利用其改性后性能對(duì)廢水進(jìn)行處理。

1.1 制備生物質(zhì)吸附劑

隨著各類(lèi)工業(yè)廢水（染料廢水、造紙廢水等）造成的環(huán)境問(wèn)題，其中，如何獲取制備環(huán)境友好型的高效吸附劑已逐漸成為了水處理領(lǐng)域研究者們所關(guān)注的焦點(diǎn)。而生物質(zhì)吸附劑J 具有對(duì)環(huán)境友好，價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛的特點(diǎn)，諸如常見(jiàn)的玉米秸稈、稻殼粉、果殼等低成本農(nóng)業(yè)廢棄物均是潛在的生物吸附劑。我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源量巨大，利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備吸附劑，不僅可以減少環(huán)境污染，改善環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)帶來(lái)巨大的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。眾多研究表明，將常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)廢棄物或者其改性產(chǎn)物作為生物質(zhì)吸附劑，在水環(huán)境污染治理領(lǐng)域中具有巨大潛力。

生物質(zhì)吸附劑多用于水中重金屬離子的去除，張鐵軍等通過(guò)采用Fe3O4、殼聚糖和檸檬酸對(duì)玉米秸稈改性制得復(fù)合材料SMC，提升了玉米秸稈對(duì)Cr3+的吸附效果[4]。姜楠以稻殼粉和玉米芯作為生物質(zhì)吸附劑對(duì)三種不同成分的工業(yè)廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后表明：在最佳吸附條件時(shí)，稻殼粉對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr3+的去除率分別最高達(dá)到了57.7%、42.1%、28.2%、32.9%；玉米芯對(duì)四種重金屬離子去除率最高達(dá)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(duì)Ca2+和Al3+進(jìn)行吸附的過(guò)程，符合Freundlich 模型，其對(duì)Al3+和Ca2+的理論最大吸附量分別達(dá)到11.04 mg/g、11.39 mg/g[6]。梁昊等通過(guò)采用七種不同化學(xué)試劑對(duì)水稻秸稈進(jìn)行改性處理，實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)高錳酸鉀改性后的水稻秸稈對(duì)重金屬離子Cd2+的吸附效果達(dá)到最高10.024 mg/g[7]。

部分研究表明，農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)于水中抗生素的吸附也具有良好的表現(xiàn)。由NaOH 活化處理后的堅(jiān)果殼作為吸附劑對(duì)四環(huán)素具有良好的吸附潛力[8]。Torrellas S等發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)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(duì)四環(huán)素的去除能力更為突出[9]。AHMED 等通過(guò)甲醇對(duì)稻殼進(jìn)行改性作為吸附劑處理水中四環(huán)素，其最大吸附率可達(dá)到98%[10]。

1.2 作外加固體緩釋碳源

在傳統(tǒng)生物脫氮過(guò)程中，反硝化菌通過(guò)反硝化作用將亞硝酸鹽、硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而達(dá)到脫氮目的。然而，這個(gè)過(guò)程需要有機(jī)碳源，而往往地下水中的有機(jī)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(jī)碳源在處理效果上表現(xiàn)優(yōu)異，但在安全性與經(jīng)濟(jì)性上均有所不足。因此有德國(guó)學(xué)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(jī)碳，滿足反硝化菌的需要，又可以避免外加有機(jī)碳源常出現(xiàn)的投加過(guò)量從而引起二次污染的風(fēng)向，還能夠使微生物附著形成部分生物膜，進(jìn)一步加強(qiáng)水處理效果，是一個(gè)具有開(kāi)闊前景的研究方向。而農(nóng)業(yè)廢棄物及其改性產(chǎn)物往往被作為主要的緩釋碳源對(duì)象進(jìn)行研究。

楊平等以不同濃度的NaOH、Ca（OH）2、NaClO 對(duì)稻殼進(jìn)行改性處理，通過(guò)對(duì)比改性后稻殼表面糙化效果、芽孢桿菌吸附量、靜態(tài)釋碳量、生物纖維素含量、灰分含量，優(yōu)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(tǒng)的反硝化補(bǔ)充了充足碳源，加強(qiáng)了TN 的去除率，最終TN 去除率比對(duì)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(yīng)的電子供體對(duì)模擬尾礦庫(kù)進(jìn)行生物處理防止AMD 的產(chǎn)生，與對(duì)照組相比添加秸稈后的實(shí)驗(yàn)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(dá)到了99.5%[14]。茹波對(duì)不同浸泡時(shí)間以及不同預(yù)處理方式下的蘆葦秸稈浸出液作反硝化碳源進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)未處理蘆葦秸稈浸出液作為碳源時(shí)平均反硝化速率優(yōu)于熱、堿預(yù)處理蘆葦秸稈，且在前三天的平均反硝化速率超過(guò)2 mg NO3--N/（g MLSS·h）[15]。

1.3 作生物質(zhì)炭

生物質(zhì)炭是將富含碳元素的生物質(zhì)在缺氧條件下高溫裂解或不完全燃燒而產(chǎn)生的一種難熔性的固態(tài)產(chǎn)物[16]。生物質(zhì)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(tuán)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(wěn)定性，在污水處理或減排溫室氣體等環(huán)保治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，已有許多文獻(xiàn)報(bào)道利用玉米芯、秸稈、果殼等農(nóng)業(yè)廢棄物來(lái)制備生物質(zhì)炭，充分發(fā)揮其廉價(jià)易得的特點(diǎn)，且變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)資源的循環(huán)利用。

關(guān)孟欣等添加玉米芯生物質(zhì)炭于污泥中，使污泥蚯蚓糞中微生物群落多樣性增加，增強(qiáng)了有機(jī)質(zhì)的礦化作用[17]。劉輝等以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為原料制備生物質(zhì)炭，研究其對(duì)廢水中苯酚的吸附性能[18]。在吸附的平衡時(shí)間為180 min，酸性條件下，玉米秸稈生物質(zhì)炭投加量為10 g/L 時(shí)，達(dá)到最佳吸附條件。此時(shí)生物質(zhì)炭對(duì)于水中的苯酚吸附量達(dá)到了44.25 mg/g；對(duì)苯酚的吸附去除率高達(dá)98.85%，起到了優(yōu)異的吸附效果。董攀龍等以柚子皮制作生物質(zhì)炭對(duì)亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附，實(shí)驗(yàn)證明所制備的生物質(zhì)炭材料在5 min 時(shí)就能夠達(dá)到吸附平衡[19]。

2 結(jié)論與展望

本文就幾種常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)廢棄物及其改性產(chǎn)物作生物質(zhì)吸附劑、外加固體緩釋碳源、生物質(zhì)炭的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，指出了其在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用方向以及作各種用途時(shí)的效果，希望能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物在水處理領(lǐng)域的資源化利用提供一定的參考價(jià)值。

但就目前研究來(lái)看，農(nóng)業(yè)廢棄物及其改性產(chǎn)物的應(yīng)用大多局限于實(shí)驗(yàn)階段，而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的高效資源化利用還需要專(zhuān)家學(xué)者們做進(jìn)一步研究。例如利用農(nóng)業(yè)廢棄物作生物質(zhì)炭對(duì)水中的物質(zhì)進(jìn)行吸附時(shí)，許多研究?jī)H著眼于某種生物質(zhì)炭對(duì)水中一種或幾種物質(zhì)的吸附效果，但廢水中往往存在著各類(lèi)的污染物。后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)一步全面考察每種生物質(zhì)炭對(duì)水中各類(lèi)物質(zhì)的吸附機(jī)制，從而達(dá)到資源利用最大化。