新制备生物炭的特性表征及其对石油烃污染土壤的吸附效果

生物炭作为一种绿色环保的功能材料因其在污水处理和污染土壤修复方面具有显著效果而受到极大关注.采用红外光谱、元素分析仪及微孔分析对不同温度(200、300、400、500和600℃)条件下制备的木屑和麦秆生物炭进行特性表征,并采用制备的生物炭净化石油污染土壤,分别考察了污染物性质、生物质原料和热解温度对其净化效果的影响.结果表明,随着热解温度的增高,生物炭芳香化程度增加,极性降低,微孔结构逐渐发育,表面积增大.加入生物炭33 d后,污染土壤中总石油烃及其组分烷烃的浓度比对照略有降低,而PAHs浓度下降显著.随着热解温度升高,2种生物炭对PAHs的吸附强度均逐渐增大,芳香度增高、表面积增大是强吸附的主要原因.2种生物炭在400℃及以下温度制备时对PAHs的吸附强度为:木屑生物炭＞麦秆生物炭;而400℃以上温度制备的生物炭吸附强度则相反,即麦秆生物炭＞木屑生物炭,说明生物炭原料对其吸附强度也具有显著影响.     

生物碳和土壤性质对乙草胺吸附行为的影响

生物碳施加到土壤中可能会影响污染物的环境归趋,而吸附作用是其关键控制因素,为此,本研究考察了400、500和600℃下制备的玉米秸秆生物碳(分别记作CS400、CS500和CS600)和土壤性质对乙草胺吸附行为的影响.结果表明,生物碳和土壤对乙草胺的吸附等温线符合Freundlich模型(R2≥0.99).随着生物碳热解温度的升高(从CS400到CS600),生物碳吸附乙草胺的非线性指数n值减小且logKOC值增大,说明吸附非线性程度和吸附能力增强,这是因为生物碳炭化程度增强(H/C原子比减小),疏水性增强(O/C原子比减小)和比表面积增大而有利于对乙草胺的吸附,吸附机制以表面吸附为主(比如疏水作用、π-ρ EDA作用和孔填充作用).然而,土壤吸附乙草胺的n值(0.95)接近1.0,说明该吸附作用几乎是线性吸附,以分配作用机制为主.3种生物碳对乙草胺的吸附能力都高于土壤,特别是CS600对乙草胺的吸附能力(logKoc)比土壤及文献报道的土壤和沉积物高一个数量及以上,说明生物碳可能会有效保留土壤中的乙草胺而降低其迁移性.     

水稻秸秆生物炭对水体中DDE的吸附性能研究

通过模拟实验,初步考察了一款水稻秸秆生物炭对水中滴滴涕农药的吸附效应。吸附动力学与吸附等温线的结果表明,水稻秸秆生物炭对水中滴滴涕具有吸附速度快、吸附容量高的特点,在水体有机污染物防治中具有较好应用前景。     

生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响

生物炭技术是近年来新兴的具有多重农业和环境效益的土壤改良技术.本研究以宁夏低质淡灰钙土为研究对象,以"中白78"小白菜(Brassica chinensis)为供试作物,分别按0、1.5%、3%和5%(质量分数)的比例添加花生壳生物炭(Biochar,BC)和基于花生壳生物炭研发的生物炭改良剂(BC-based amendment,AD),系统研究了BC和AD对小白菜植株生长、产量及土壤养分利用有效性的影响.结果表明:BC和AD的添加均增加了小白菜的株高和产量,与BC相比,AD对小白菜的增产效果更为显著(BC和AD处理的产量分别为对照的2.34~3.77倍和4.37~4.60倍).各剂量BC处理中,小白菜地上部、根系生物量的顺序为1.5%BC3%BC≈5%BC;而对于AD处理,3种添加量处理的小白菜生物量无显著性差异.增产的主要原因包括两方面:第一是两种材料中主要养分对小白菜生长的直接贡献;第二则是两种材料均促进了小白菜根系的生长,增强了根际效应,从而改变了N、P等土壤养分的利用有效性.BC和AD的加入均增加了小白菜对N的利用有效性,AD促进了小白菜对P的利用有效性.可见,BC和AD均可作为土壤改良剂,改善宁夏低质淡灰钙土的养分状况,提高作物产量.     

木质生物燃料与其半焦的混燃实验研究

生物质半焦作为生物质气化的副产物,其固定碳含量和热值均高于原生物质.若将生物质半焦充分利用将大幅提高生物质利用的能量效率,具有很大的经济和环境效益.在综合热分析基础上,考察了生物质半焦添加比例(掺烧比)对生物质微米燃料旋风炉燃烧炉膛温度、烟气及灰分的影响.试验研究发现掺烧比为20%(空气当量比为1.2,粉体粒径在0.177 mm以下,生物质含水率控制在8.1%以下),燃烧效果最好,燃烧效率高达98%,燃烧烟气中有害气体NOx和SO2的含量较少.     

水稻秸秆生物炭对耕地土壤有机碳及其CO2释放的影响

为探究生物炭自身稳定性及其输入土壤后对于土壤本体有机碳的影响,本研究模拟自然条件,分别将500℃和700℃裂解的水稻秸秆生物炭(RBC500和RBC700)以0%(空白土壤)、3%、6%和100%(纯生物炭)的比例添加至耕地土壤进行室内培养实验,观测总有机碳(TOC)与易氧化态碳(EOC)含量的变化及CO2排放特征.结果表明,与空白土壤处理相比,土壤TOC、EOC含量均随水稻秸秆生物炭添加量的增加而升高;相同添加量条件下,RBC500对土壤TOC与EOC增加的贡献均高于RBC700.各处理土壤TOC含量在前30 d内均降低(最大降幅为15.8%),并于培养后期趋于稳定;土壤EOC含量在培养初30 d内均降低,当生物炭添加比例为3%和6%时,RBC500使土壤的EOC含量降幅分别为72.4%和81.7%,大于RBC700的61.3%和69.8%;培养结束时,添加相同裂解温度生物炭的土壤EOC值相近.培养前期土壤中EOC含量的下降可能与生物炭中易分解组分引起的矿化作用有关.在130 d培养期内,CO2累计排放量大小顺序为:土壤+生物炭混合处理<纯土壤处理<纯生物炭处理,可见,生物炭的土壤处理可以减少土壤CO2的排放,最大减排率可达41.05%.在一个长的时间尺度内,生物炭的土壤处理有利于土壤碳的固定.生物炭施用于土壤可作为碳储存载体.     

生物炭对重污染土壤镉形态及油菜吸收镉的影响

为了解不同种类和用量的生物炭对土壤镉形态及油菜吸收镉的影响,通过室外盆栽试验,以湖南某冶炼区周边重镉污染土壤为供试土壤,湘油27号为供试作物,于油菜移栽前7d分别添加w为0.1％和1％的竹炭和柠条炭,分析土壤镉形态和成熟期油菜各器官镉含量.结果表明,添加生物炭能降低土壤镉的有效性和油菜各器官中镉含量.柠条炭降低油菜吸收累积镉的效果比竹炭更明显,且随着生物炭量的增加阻控效果更明显.相比于对照组,施用生物炭后土壤中w(可交换态镉)最大可降低16.64％;油菜根部、茎秆、油荚和籽粒w(镉)最大可分别降低34.06％ 、39.74％、33.15％和49.81％.综合结果表明,添加w=1％柠条炭处理组处理效果最佳.     

生物质炭对土壤重金属形态转化及其有效性的影响

为了解土壤重金属形态转化及其有效性对生物质炭修复措施的响应,以Cd、Cu、Pb和Zn复合污染水稻土为供试土样,添加不同粒径(1 mm和0.25 mm)和不同施用量(0、1%和5%)的竹炭(BB)、稻草炭(RSB)进行为期1年的恒温((25±1)℃)培养试验后,检测土壤p H、有效磷含量及重金属DTPA有效态含量的变化,并采用BCR连续浸提法分析生物质炭对土壤中重金属元素化学形态再分配的影响.结果表明:稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的p H值,且在RSB-5%(0.25 mm)处理下效果最显著;稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的有效磷含量,且5%用量比1%用量效果更明显;而竹炭的施用对土壤p H值和有效磷含量均无显著性影响;RSB-5%(0.25 mm)处理对降低土壤中Cd、Cu、Pb和Zn有效态含量的效果最佳,分别减少了34.5%、50.1%、52.5%和52.1%;在细粒径(0.25 mm)稻草炭处理下,酸溶态Cd和Cu向可还原态和可氧化态转化,酸溶态Zn向可还原态转化;在粗粒径(1 mm)竹炭处理下,酸溶态Cu和Zn向可还原态、可氧化态和残渣态转化;酸溶态Pb在稻草炭处理下向可还原态和可氧化态转化,且细粒径比粗粒径效果更佳;竹炭和稻草炭的施用改变了土壤中上述重金属各形态的分配,且5%用量比1%用量效果更明显.     

Phosphorus recovery from biogas fermentation liquid by Ca–Mg loaded biochar

Shortage in phosphorus (P) resources and P wastewater pollution is considered as a serious problem worldwide. The application of modified biochar for P recovery from wastewater and reuse of recovered P as agricultural fertilizer is a preferred process. This work aims to develop a calcium and magnesium loaded biochar (Ca–Mg/biochar) application for P recovery from biogas fermentation liquid. The physico-chemical characterization, adsorption efficiency, adsorption selectivity, and postsorption availability of Ca-Mg/biochar were investigated. The synthesized Ca–Mg/biochar was rich in organic functional groups and in CaO and MgO nanoparticles. With the increase in synthesis temperature, the yield decreased, C content increased, H content decreased, N content remained the same basically, and BET surface area increased. The P adsorption of Ca–Mg/biochar could be accelerated by nano-CaO and nano-MgO particles and reached equilibrium after 360 min. The process was endothermic, spontaneous, and showed an increase in the disorder of the solid–liquid interface. Moreover, it could be fitted by the Freundlich model. The maximum P adsorption amounts were 294.22, 315.33, and 326.63 mg/g. The P adsorption selectivity of Ca–Mg/biochar could not be significantly influenced by the typical pH level of biogas fermentation liquid. The nano-CaO and nano-MgO particles of Ca–Mg/biochar could reduce the negative interaction effects of coexisting ions. The P releasing amounts of postsorption Ca–Mg/biochar were in the order of Ca–Mg/B600 > Ca–Mg/B450 > Ca–Mg/B300. Results revealed that postsorption Ca–Mg/biochar can continually release P and is more suitable for an acid environment.     

蚯蚓-稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属的影响研究

蚯蚓堆肥相关研究多集中在生活污泥方面,对工业污泥的探索较少。该研究以马鞍山某钢铁污水处理站污泥为例,添加不同比例稻壳炭(2%、4%、8%),设置污泥单独堆肥、稻壳炭与污泥堆肥以及蚯蚓-稻壳炭联合污泥堆肥试验,探索蚯蚓与稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属形态和生物有效性的影响。研究表明,(1)相比污泥单独堆肥,稻壳炭联合污泥堆肥能增加污泥pH、EC、TP和降低TOC、TN,而蚯蚓联合稻壳炭堆肥污泥可增加TN,并进一步增加污泥EC、TP,显著降低污泥的pH、TOC。(2)稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd含量因浓缩效应而上升;而蚯蚓联合稻壳炭堆肥,重金属含量显著下降,添加4%稻壳炭时,重金属Zn、Cu、Pb、Cd质量分数达到最小值,分别为856.64、137.10、158.92、15.48mg·kg-1。(3)重金属形态分析表明,随着稻壳炭比例增加,稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd的交换态和碳酸盐结合态转化为残渣态及铁锰氧化态的比例增大,添加8%稻壳炭时DTPA提取的有效态重金属质量分数最低,分别为705.72、47.95、50.43、4.47 mg·kg-1;蚯蚓-稻壳炭联合堆肥会使得污泥中重金属交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态和有机结合态均向残渣态转化,添加4%稻壳炭与蚯蚓的协同转化能力最大,Zn、Cu、Pb、Cd有效态重金属质量分数分别为629.84、38.63、36.76、1.63mg·kg-1,说明稻壳炭添加入蚯蚓堆肥可进一步降低工业污泥中重金属有效性,使重金属钝化。本研究可为稻壳炭联合蚯蚓堆肥处理工业污泥提供参考和科学依据。