环境中有机污染物的彻底去除主要依赖于微生物的降解作用。此方式在处理效率、耐受污染物浓度、环境条件适应性等方面的局限一定程度上限制了其应用。近年来,由于生物炭在促进微生物降解偶氮染料、菲、2,6-二氯苯酚等有机污染物上取得的不错效果,其在该领域的应用正越来越受到研究者们的关注。但生物炭的具体使用条件、在不同介质中的效果差异和促进机制等方面的研究尚处起步阶段。本论文以苯酚为“模式”有机污染物,香茅醇假单胞菌(Pseudomonas citronellolis)为降解微生物,研究了不同生物炭添加量、热解温度和微生物固定方式对水相中苯酚降解的影响,对比了生物炭与微生物的不同联合使用方式对土壤介质中苯酚降解的影响,最后就生物炭的促进机制进行了更深一步的探索。得出的主要结论如下:(1)本研究所采用的香茅醇假单胞菌(Pseudomonas citronellolis)对无机盐培养基中110 mg/L苯酚,在30℃,24 h内降解率为100%;而当苯酚浓度增加至420 mg/L时出现显著底物抑制效应,降解率降为45.7%。该菌种生长最适pH为中性,但微碱性环境有助于苯酚降解率的提升。添加0.6%(w/v)、550℃热解生物炭取得了最好的促进效果,在800 mg/L苯酚浓度下,降解率达到100%,远高于未加生物炭实验组(仅为25.4%)。(2)对于1200 mg/L模拟苯酚废水,仅添加生物炭也难以得到较好的降解效果(33.7%)。将生物炭作为载体,利用海藻酸钙凝胶固定的方法,制成微生物固定化小球,对苯酚的去除率达62.5%。相比于未加生物炭的单独凝胶固定法(苯酚去除率为0%),生物炭的加入可以缓解凝胶对苯酚扩散的阻碍,并通过吸附固定减弱苯酚对微生物的毒性。(3)将生物炭应用于苯酚污染的土壤,550℃热解生物炭能够显著提升黄绵土、水稻土中土著微生物对苯酚的降解能力(分别从25.2%升高至38.8%、16.6%升高至34.1%)并促使苯酚完全矿化。生物炭在此过程中可能以吸附机制减弱苯酚在土壤介质中的传质阻力,其所含碱性物质对降解过程中土壤pH起稳定作用。由于土壤体系中土著菌群的竞争优势强,外源微生物和负载微生物的生物炭均未发挥显著促进作用。(4)生物炭在微生物降解苯酚的过程中,发挥了多重促进效应:(1)生物炭碱性中和酸性中间产物是最主要机制。350℃热解生物炭碱性主要来源于羟基和羧酸阴离子;550℃和750℃热解生物炭碱性主要来源于无机矿物,如碳酸钙和氧化钙。(2)生物炭对苯酚的吸附-解吸作用影响微生物降解速率。350℃热解生物炭主要依靠分配作用及表面电子供体基团与苯酚分子形成的“电子供体-接受体”络合结构,苯酚易解吸回到溶液中;750℃热解生物炭主要依靠石墨层间π电子与苯酚芳环上π电子间的色散力及微孔吸附作用;550℃热解生物炭两者兼而有之。微孔吸附作用使苯酚难以解吸,降低了苯酚的生物可给性,并可能带来持续污染风险。(3)350℃热解生物炭有更多有机溶出物,它们有可能被微生物直接利用或与苯酚协同降解,从而促进微生物增殖和有机污染物的去除。550℃、750℃热解生物炭有机溶出物含量低,且其可能含有的多环芳烃等高毒物质会在一定程度上抑制微生物活性,使其进入快速降解阶段的时间延长。