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Harnessing the rhizosphere sponge to smooth pH fluctuations and stabilize contaminant retention in biofiltration system
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-12 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131971 Guoliang Wang, Tianying Chi, Ruixiang Li, Tian Li, Xiaolin Zhang
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-12 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131971 Guoliang Wang, Tianying Chi, Ruixiang Li, Tian Li, Xiaolin Zhang
Fluctuating pH conditions can affect heavy metal mobility, thereby limiting the efficiency of biofiltration systems (BS). To address this, we developed an innovative rhizosphere sponge, biochar-based bioreactor (RBB), designed to stabilize Cd2+ removal across a pH range of 5 to 9. RBB consistently outperformed the control, achieving a notable 91.3 % Cd2+ removal at pH 5. By creating optimized oxygen and redox zoning, the rhizosphere sponge enhanced both biochar surface reactions and microbial activity. Under acidic conditions, biochar facilitated Fe2+ /Mn2+ precipitation into stable (oxy)hydroxides, a process further driven by microbial oxidation. Consequently, RBB accumulated 1.54 times more Fe-Mn oxide-bound Cd than the control, effectively reducing Cd2+ mobility. Additionally, loosely bound extracellular polymeric substances claimed preferential Cd2+ sequestration after acidification. The stabilized microecology and increased ecological niches, allowing RBB to better buffer against pH fluctuations, presenting it as a robust solution for sustainable heavy metal remediation in variable environments.
中文翻译:
利用根际海绵平滑 pH 值波动并稳定生物过滤系统中的污染物滞留
波动的 pH 条件会影响重金属的迁移率,从而限制生物过滤系统 (BS) 的效率。为了解决这个问题,我们开发了一种创新的根际海绵,即基于生物炭的生物反应器 (RBB),旨在在 5 至 9 的 pH 值范围内稳定 Cd2+ 的去除。RBB 的性能始终优于对照,在 pH 5 时实现了 91.3% 的 Cd2+ 去除率显著。通过创造优化的氧和氧化还原分区,根际海绵增强了生物炭表面反应和微生物活性。在酸性条件下,生物炭促进 Fe2+/Mn2+ 沉淀成稳定的(氧)氢氧化物,这一过程进一步由微生物氧化驱动。因此,RBB 积累的 Fe-Mn 氧化物结合 Cd 是对照的 1.54 倍,有效降低了 Cd2 + 迁移率。此外,松散结合的细胞外聚合物物质在酸化后声称优先螯合 Cd2 + 。稳定的微生态和增加的生态位,使 RBB 能够更好地缓冲 pH 值波动,使其成为在可变环境中可持续重金属修复的强大解决方案。
更新日期:2024-12-12
中文翻译:
利用根际海绵平滑 pH 值波动并稳定生物过滤系统中的污染物滞留
波动的 pH 条件会影响重金属的迁移率,从而限制生物过滤系统 (BS) 的效率。为了解决这个问题,我们开发了一种创新的根际海绵,即基于生物炭的生物反应器 (RBB),旨在在 5 至 9 的 pH 值范围内稳定 Cd2+ 的去除。RBB 的性能始终优于对照,在 pH 5 时实现了 91.3% 的 Cd2+ 去除率显著。通过创造优化的氧和氧化还原分区,根际海绵增强了生物炭表面反应和微生物活性。在酸性条件下,生物炭促进 Fe2+/Mn2+ 沉淀成稳定的(氧)氢氧化物,这一过程进一步由微生物氧化驱动。因此,RBB 积累的 Fe-Mn 氧化物结合 Cd 是对照的 1.54 倍,有效降低了 Cd2 + 迁移率。此外,松散结合的细胞外聚合物物质在酸化后声称优先螯合 Cd2 + 。稳定的微生态和增加的生态位,使 RBB 能够更好地缓冲 pH 值波动,使其成为在可变环境中可持续重金属修复的强大解决方案。