稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.     

生物炭添加比例及冻融对沟渠土壤氮素淋失的影响

三江平原大规模集约化农业生产活动破坏了土壤养分平衡,加快了营养物质输移过程,而沟渠土壤中高有机物含量有利于营养元素的化学循环.为了研究冻融过程及添加不同比例生物炭对沟渠土壤氮素淋失的影响效果,本研究采用室内土柱模拟淋溶方法,探究了冻融过程及添加不同比例生物炭土壤对淋溶液中铵态氮(NH~+_4-N)和硝态氮(NO~-_3-N)淋失量的影响规律.实验采用400℃烧制的玉米秸秆生物炭,分别按照炭土质量比0、0.75%、1.50%、3.00%的比例施用于沟渠土壤中.结果表明:施加生物炭加快了溶液的淋溶速率;施加生物炭能够增加土壤对氮素的固持,且不同配比生物炭的土壤对铵态氮的固持能力优于硝态氮,添加0.75%生物炭的土壤对硝态氮表现出较好的固持能力;冻融条件下土壤氮素的淋失有所增加,生物炭对氮素的固持能力随着冻融次数的增加也有所降低,在本实验中,当冻融频次为1时,冻融过程对生物炭固持土壤氮素能力的抵消作用最大.     

负载铁锰氧化物的玉米芯炭对Pb2+的吸附作用

采用两步浸渍-草酸盐热解法制备了均匀负载铁锰氧化物的磁性玉米芯炭(MnFeO_x@CCBC),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪和pH漂移实验等表征,证明制备的MnFeO_x@CCBC材料表面由MnFe_2O_4和无定形态的δ-MnO_2或水合氧化锰组成,pH_(ZPC)约为6.0,比表面积为3.9 m~2·g~(-1).同时,比较研究了MnFeO_x@CCBC和原始玉米芯炭(CCBC)对Pb~(2+)的吸附动力学和热力学行为.结果表明:吸附过程均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,在实验条件下,MnFeO_x@CCBC对Pb~(2+)的吸附速率和吸附量都明显优于CCBC,准二级动力学速率常数大3.3倍,理论平衡吸附量高6.95倍;在30℃时,MnFeO_x@CCBC和CCBC的饱和吸附量分别为99.60和15.66 mg·g~(-1);Pb~(2+)的吸附过程是熵驱动和吸热的.傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析表明,MnFeO_x@CCBC的主要吸附位是Mn—OH,其主要吸附机理是Pb~(2+)对Mn—OH中H~+的置换,并形成内层表面络合物.     

黄土及其他添加物对猪粪贮存过程氨气和温室气体排放的影响

畜禽粪肥在贮存阶段养分损失严重,是CO_2、CH_4、NH_3和N_2O等大气污染物的重要排放来源.本文采用室内培养方法,研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存过程中氨气及温室气体排放的影响.结果表明,添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%.添加膨润土处理的NH_3损失量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低.添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与对照相比差异不显著.模拟黄土垫圈过程添加黄土处理的氨气及温室气体累积排放量均显著降低,综合温室效应显著低于其他处理(p0.05).可见,黄土垫圈是保蓄粪肥碳、氮养分的有效措施,猪粪贮存阶段添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用.     

植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

添加剂对牛粪堆肥不同阶段真菌群落演替的影响

为研究物理添加剂对牛粪堆肥过程中真菌群落结构的影响,以牛粪和小麦秸秆为原料,以生物炭、火山石作为添加剂,进行了为期30d的堆肥实验.结果表明,好氧发酵基本实现牛粪无害化和稳定化的要求.高通量测序结果显示,堆肥原料中Wallemia占主导地位,相对丰度达到86.85%;堆肥高温阶段,空白处理和火山石处理中Wallemia、Aspergillus为优势菌属,而生物炭处理中Scedosporium、Acremonium相对丰度较高;降温阶段,Mycothermus和Thermomyces占优势,添加生物炭的处理中Thermomyces的相对丰度较其他两个处理高.腐熟阶段,3个处理中Mycothermus的相对丰度均为最高,而火山石的添加增加了Remersonia及Trichosporon的相对丰度.Spearman相关性分析结果表明,牛粪堆肥过程中Mycothermus与GI、TN、TP、NH₄⁺-N、含水率、pH值、VS、脲酶显著相关（P<0.05）.本研究从真菌变化的角度,为牛粪好氧发酵机理研究与工艺优化提供参考.     

铁锰改性椰壳炭对土壤镉形态及水稻吸收积累镉的影响

为研究椰壳炭（coconut shell biochar,简称"CSB"）及铁锰改性椰壳炭（Fe-Mn modified coconut shell biochar,简称"FM-CSB"）对土壤中Cd的钝化效果及对水稻吸收积累Cd的影响,采用室外水稻盆栽试验,比较了施加质量比为0.5%的CSB与质量比为0.05%、0.1%、0.2%、0.5%的FM-CSB对南方酸性污染稻田土壤pH、Cd的形态变化及水稻各部位吸收积累Cd的差异性.结果表明:与CK相比,施加CSB与FM-CSB均能提升土壤pH,当FM-CSB施加量高于0.1%时效果显著（P < 0.05）,施加0.5% FM-CSB处理效果最好,且优于添加0.5%的未改性CSB处理.相比于CK处理,施加CSB与FM-CSB处理均可使土壤中w（弱酸可溶态Cd）随着水稻的生长而逐渐降低,而w（可还原态Cd）、w（可氧化态Cd）与w（残渣态Cd）则呈升高趋势,其中0.5% FM-CSB处理对土壤中w（弱酸可溶态Cd）的降低效果最佳.随着FM-CSB添加量的增加,水稻各部位及稻米中w（Cd）均逐渐降低,施加0.5% FM-CSB时的降Cd效果最佳,可使水稻根、茎、叶、壳与糙米中w（Cd）比CK分别下降48.66%、54.64%、45.11%、31.64%与48.94%,并增产39.33%,而施加量同为0.5%时的FM-CSB处理下的降Cd效果显著高于未改性的CSB.研究显示,施加0.5% CSB与0.05%~0.5%的FM-CSB均可钝化土壤中Cd并降低水稻对Cd的吸收,且施加相同量的FM-CSB对Cd的钝化效果优于CSB.可见,FM-CSB可钝化土壤中Cd、降低其生物有效性,并减少Cd在水稻各部位的积累.      

生物炭固定化菌剂对含油海水中石油的去除

生物炭是由生物质材料经高温限氧热解炭化而成的一种廉价生物材料,生物炭固定化微生物不仅可以确保水体中局部区域微生物的数量优势,同时还可吸附大量的石油污染物,在水体修复中具有很好的开发价值。本研究表明,以松针为前体物制备的生物炭具有良好的石油吸附性能,吸附能力达5 g/g生物炭。枯草芽孢杆菌较适宜于人工海水中石油的降解,以此菌为目标菌研制了生物炭固定化菌剂,4周后石油去除率可达70.1%。石油4组分分析结果表明,该菌剂对饱和烃去除率较高,周去除率达50.8%,其次为芳香烃,为30.4%,胶质和沥青质为4%左右。     

施用生物炭对土壤微生物的影响

作为生物质材料的热解产物,生物炭被认为是很有前景的环境污染治理与生态修复材料.多方面的研究说明,生物炭的多孔、大比表面积、丰富的官能团等性能,使其具有"锁定"碳,固定土壤污染物,改善土质等功能,从而从土壤物理化学的角度证实了生物炭在土壤污染治理与改良方面的作用,但至于生物炭对土壤微生物的影响及其长期效应尚处于起步阶段.本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能通过改变土壤资源储备(如可利用C、营养物质、水分等)、非生命成分(如p H、CEC等)等理化性质,加快土壤细菌和真菌的生长与繁殖,影响土壤微生物群落结构和功能.可见,生物炭土地利用的优点不容置疑,为了实现其规模化应用,生物炭的施用剂量、生物炭-微生物-污染物的作用机理等问题亟待深入地研究,生物炭对土壤微生物及养分循环的长期影响还有待于系统地展开.     

不同温度和时间炭化茶树枝生物炭理化特征分析

为揭示不同温度和时间炭化的生物炭理化性质差异,以茶树枝为原材料,研究炭化温度(300、450和600℃)和时间(1和3h)对茶树枝生物炭特性及元素组成的影响.结果表明,茶树枝生物炭呈多孔、高比表面积结构,较为完整地保留了茶树枝的组织结构.茶树枝生物炭产率随炭化温度的升高和时间的延长而降低,灰分含量、pH值、有机碳、全磷、全钾、全钙、全镁含量和C/N比升高,而全氮含量则呈降低趋势.生物炭pH值与灰分含量呈极显著正相关(P＜0.01),灰分含量是茶树枝生物炭碱性的主要贡献因素.炭化条件对茶树枝生物炭理化性质具有明显影响,炭化温度的影响作用大于炭化时间.此外,探讨了茶树枝生物炭在茶园的应用前景,为茶树枝生物炭的应用提供了参考.