生物质炭的土壤环境行为研究进展

生物质炭广泛存在于土壤环境中,其环境行为对土壤中的污染物有重要影响。生物质炭施用到土壤后,在改变土壤养分动态、土壤污染物以及微生物活动等方面都发挥了重要作用。该文主要讨论了生物质炭在土壤环境中的行为,以及生物质炭改良对土壤理化性质(pH、容重、孔隙率、养分等)和农作物生长的影响,另外,进一步探讨了生物质炭对土壤微生物的影响机制和对土壤中有机污染物归趋的影响,并总结了生物质炭在土壤环境中长期效应方面的研究和应用中存在的不足,为生物质炭的进一步研究提供了理论依据。     

紫茎泽兰制备生物炭及其应用研究进展

紫茎泽兰作为世界性的有害入侵植物,因其适应能力强、扩散速度快、植株内含有有害物质而对农林牧业乃至人类健康产生不利影响。因此,如何对其有效防控和综合利用已成为国内外关注的热点问题。生物炭是有机物质在低氧或缺氧条件下热解碳化而形成的富碳固体物质,因其独特的性质和潜在的价值而被广泛用于农业土壤改良与环境修复等领域。将紫茎泽兰热解制备生物炭,既降低了生物炭生产成本,还实现了生态系统的保护和废弃物的高效利用。目前将紫茎泽兰作为原材料制备生物炭虽有一些相关的研究,但报道相对较少,且研究较分散、结论不一。因此,有必要对紫茎泽兰的利用现状和制备生物炭的应用潜力进行综述。本文结合目前紫茎泽兰应用研究现状,分析了紫茎泽兰制备生物炭的应用研究价值,综述了其在环境污染修复、农业土壤改良方面的应用,并在此基础上提出了今后的研究方向与展望,以期为今后开展相关研究工作提供参考和借鉴。     

污泥生物炭制备与其对土壤环境影响的研究进展

污泥生物炭由于具有优异的孔隙结构和较大的比表面积,吸附能力强,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面得到广泛研究。从污泥生物炭的来源与性质出发,探讨了污泥生物炭施入土壤后对土壤结构改良、营养成分提升等方面的作用机制,分析了污泥生物炭的制备工艺与相应污泥生物炭的特性以及返还土壤的效用状况。通过对作为肥料的污泥生物炭的品质分析,针对性地评价了其安全性及对土壤环境的积极影响,并对存在典型问题的土壤进行归类,从土壤改良需求与污泥生物炭特性适配的角度,为污泥生物炭制备工艺的选择提供指导。污泥生物炭应用对促进污泥资源化利用、实现碳减排具有重要现实意义,优化污泥生物炭制备工艺、客观评价污泥生物炭土地利用环境风险、强化污泥生物炭改性、重视污泥生物炭综合效益评价等是未来重点研究方向。     

基于城市固体废弃物的生物炭制备及其在垃圾填埋场和土壤改良中的应用研究进展

近年来,以城市固废为原料制备生物炭为其资源化利用开辟了新思路,但在制备方式、影响因素及主要应用领域仍缺乏有效阐述。介绍了生物炭的制备方式,系统分析了城市固废原料、生产工艺对生物炭产率和性质等影响;在此基础上,概述了生物炭在垃圾填埋场治理修复(渗滤液处理、垃圾填埋场覆盖、可渗透反应墙材料)和土壤改良(理化性质、营养环境)的应用现状。结果表明:1) 热解和水热碳化是城市固废制备生物炭的常用方式,其形成的生物炭具有较大的比表面积、孔隙率及更丰富的组分,对污染物质(如I-、Cu2+等)具有较强的吸附能力;2) 城市固废自身特性及生产工艺都会对所得生物炭的性质产生影响;3) 以特定城市固废生产的生物炭可用于垃圾填埋场修复和土壤改良,对填埋场造成的土壤、大气、地下水污染均具有良好的处理效果,也能充分提高土壤养分的有效性。该成果可为基于城市固废的生物炭生产及环境治理修复相关研究提供参考。     

大粒径厨余垃圾水热碳化制备炭燃料

开展了不同温度条件（150～300℃）下大粒径（>2 cm）厨余垃圾水热碳化实验,研究了水热炭的理化性质、燃烧特性和关键元素迁移规律.实验结果表明,当水热温度过低,厨余垃圾颗粒尺寸影响水热碳化效果;大粒径厨余垃圾碳化需更高的水热温度;水热温度250～300℃产生的水热炭具有高热值(24.48～26.9 MJ·kg^-1)、高燃料比（0.44～0.56）、高含碳量（59.6%～65.6%）和低含灰量（8.51%～4.35%）的特点.随着水热温度提高,水热炭中碳含量升高、灰含量下降;水热炭的着火温度、燃烬温度、挥发分释放特性指数VI、可燃性指数CI和综合燃烧特性指数CP均上升,提高了燃烧稳定性;同时水热炭中K、Na浓度降低,有利于降低水热炭燃烧结焦;N、S在水热炭中分布比例下降,这将减少水热炭燃烧的烟气污染物排放.因此,水热碳化能实现大粒径厨余垃圾的燃料化利用.     

生物炭添加对土壤温室气体排放影响的长短期效应研究进展

人类活动引起的大气温室气体浓度增加是气候变暖的主要原因,全球变暖已经成为了当今人类社会所面临的严峻挑战,应对气候变暖的关键是减少温室气体排放和增加生态系统碳汇,由于生物炭特有的理化和生物学特性,将其施入土壤被认为是一种有前景的减排增汇措施.因此进行生物炭对土壤温室气体排放的影响研究对于减缓温室效应和实现“碳中和”具有重要意义.通过综述生物炭对土壤温室气体排放影响的长短期效应及其影响机制,发现生物炭添加对土壤温室气体排放的影响因生物炭原料类型、热解温度、添加量、土壤和植被类型的不同而不同.此外,因老化时间、老化方式和培养方法的不同,老化生物炭对土壤温室气体的减排效应可能增强或减弱甚至消失.同时,在总结现有研究不足的基础上,对未来生物炭影响土壤温室气体排放研究的方向和重点进行了分析和展望,提出了今后应加强CO₂、 N₂O和CH₄排放影响的同步研究、减排与固碳效应的同步研究、不同老化方式生物炭和不同培养方法的联合研究和利用¹³C和¹⁵N示踪技术从过程层次上揭示影响机制.     

生物炭在农业增产和污染治理中的应用

生物炭(biochar)作为重要的碳汇、土壤重要的改良剂以及污染物有效地吸附剂受到了国内外研究人员的普遍关注。在阅读近几年国内外关于生物炭在农业增产和污染方面文献的基础上,作者总结了生物炭应用规律并提出一些未来研究的展望。表述如下:生物炭具有多孔性和巨大的表面积,它能够增加土壤的持水量、增加对营养元素的吸附以减少其流失并改善土壤的结构,此外生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供作物吸收,因此生物炭能改善土壤肥力并增加农作物产量。同时,生物炭巨大的吸附功能可以降低重金属和有机污染物在土壤及污水中的活性,起到降低污染物浓度的作用。因此生物炭在农业增产和减少污染方面有巨大的潜力。但是,到目前为止,对于生物炭很多的作用机制还未搞清楚,对不同种类生物炭性状、生物质在高温热解过程中内部化学成分和结构的变化、长期定位实验以及危害方面还应加强研究。对此,研究人员应该结合当地情况,尽多的用当地主要的动植物废料来生产生物炭以达到当地农业增产和治理污染的目的;其次,增加长期定位试验,找到适合当地的生物炭种类及其生产条件;另外还应增加对我国新疆、西藏等土壤贫瘠的偏远地区的研究,使当地的土壤更大程度的被利用以改善当地人民的生活;最后,当地政府及相关部门应该加大对生物炭研究的支持,使生物炭早日被普遍运用,造福百姓。     

生物炭修复土壤重金属的研究进展

生物炭是由废弃生物质在缺氧条件下热解而成的一种含碳丰富的产物。由于具有精细的孔隙结构和独特的表面特性,生物炭对重金属污染物有着良好的吸附能力,从而影响污染物的迁移。从生物炭的基本特性、吸附机理以及对土壤中重金属的修复效果等方面进行综述,最后提出生物炭未来在环境修复方面的研究方向。     

生物质炭与有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响

土壤是温室气体的重要排放源,在土壤中施入生物质炭和有机物料对土壤微生物在土壤碳氮转化和微量气体代谢方面有着重要作用,不过迄今在生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响方面的研究尚少.本研究采用室内培养试验,利用土壤添加生物质炭和生物质炭与不同有机物料混施,探究生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放及微生物活性的影响.共设5个处理:新鲜土壤(S)、新鲜土壤+2%生物质炭(SB)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%大豆饼(SBS)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%小麦秸秆(SBW)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%鸡粪(SBC).研究表明:只添加生物质炭对温室气体的排放影响不明显;生物质炭与有机物料混施使土壤的CO2、N2O排放明显增加,而对CH4的排放影响不明显;从温室气体增温潜势(GWP)变化可以看出有机物料施用对温室效应具有明显的增强作用;生物质炭与有机物料混施在一定程度上增加微生物生物量碳和代谢熵(q CO2),各处理的代谢熵是对照处理S的0.18~4.37倍;不同有机物料对FDA水解酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性都表现为激活作用.     

生物炭环境效应和在农业面源污染防治中的作用

生物炭能够延缓肥料养分释放,提高肥料利用率,降低肥料及土壤养分流失,从而减轻农业面源污染。同时,生物炭进入土壤中,实现碳的封存固定,减少碳排放。     

生物炭修复污染土壤的研究进展

生物炭是一类在低氧或缺氧条件下烧制而成的黑色固体有机物质,具有丰富的碳含量及含氧官能团.随着生物炭在土壤改良方面的广泛应用使其在土壤污染修复上得到大量关注并逐渐成为研究热点.文章从生物炭对土壤重金属、有机污染物的修复和对土壤生态的影响方面展开论述,对生物炭单一施用和复合施用以及同其他修复方法联用对土壤污染修复效果做出总...     

铁修饰生物炭的制备及在砷污染土壤修复中的应用

生物炭因具有较大的孔隙度、比表面积以及较强的吸附能力等优点,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面应用广泛.由于大多数生物炭表面带有负电荷,而土壤中的无机砷主要以砷酸盐和亚砷酸盐等阴离子形式存在.因此,生物炭对砷的吸附效率通常较低,需要对生物炭进行改性以提升其对砷的吸附效果.零价铁和氧化铁等铁基材料对砷吸附能力强且来源广泛,通过沉淀法、热解法、球磨法和微生物法等方法将铁基材料与生物炭负载形成铁修饰生物炭,可将二者的优良特性相结合,拓展生物炭材料在环境修复中的应用.在对近年来有关铁修饰生物炭的文献进行系统分析的基础上,综述了常见的铁修饰生物炭的制备方法,比较分析了生物炭基底、铁修饰材料以及两者对砷的协同作用机制,并简要阐述了铁修饰生物炭在土壤污染修复中的应用现状,最后对铁修饰生物炭的未来研究方向提出了展望.     

催化剂在生物质水热碳化过程中的应用研究进展

在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。     

污水处理过程中的温室气体排放现状及展望

污水处理是重要的温室气体可控人为排放源之一,污水处理过程排放的温室气体主要有CO2、CH4和N2O,其影响不可小视。目前对于污水处理工艺的选择,人们往往关注的是处理效果及处理成本,极少关注处理过程中温室气体的排放。文章对污水处理过程中CH4、N2O的形成机理进行了论述,对不同处理工艺的污水处理过程中温室气体排放进行综述,并提出相应的减排措施,对相关研究人员具有一定的参考价值。     

水热炭对水土环境中重金属铅的固持

以纯米糠为前体制备水热炭,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和元素分析仪等手段表征其物理化学性质;研究时间、p H、Pb~(2+)初始浓度等因素对其吸附Pb~(2+)的影响,以及其对污染土壤中Pb存在形态的影响。结果表明,纯米糠水热炭表面呈现多孔和网状结构,且含有丰富的表面含氧官能团,对溶液中Pb~(2+)有很强的吸附作用,p H=5时吸附效果最好,吸附24 h基本达到平衡。当Pb~(2+)初始浓度为80 mg/L,水热炭投加量为0.75 g/L时,水热炭对Pb~(2+)的吸附量可达72.44 mg/g。将水热炭投加到Pb污染土壤中,能有效降低弱酸提取态Pb含量,提高残渣态Pb含量,使Pb向更加稳定的状态转化。     

铜藻基生物炭的水热制备及性能表征

以浙江优势大型海藻之一的铜藻为原料,采用水热炭化法制备了生物炭.同时,通过正交法,以碳回收率和得率为指标,考察了反应时间、反应温度及铜藻与去离子水质量比等因素的影响,确定制备水热炭的最佳工艺条件.结果表明,制备铜藻基水热炭的最佳工艺条件为:反应时间2 h,反应温度180℃,铜藻与去离子水质量比1/4,在此条件下,水热炭的碳回收率为65.0%,得率为51.4%.元素分析、BET、接触角测定和傅里叶红外表征结果表明,铜藻基水热炭比表面积为26.6 m2·g-1,pH值为4.8,具有较高的O/C和较低的C/N,与干法裂解炭相比,其亲水性更强,且表面具有更为丰富的含氧、含氮官能团,灰分含量更低,得率和碳回收率分别提高了53.4%和33.5%.     

生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的应用研究进展

随着工业和农业的快速发展,环境污染日益严重,对生态安全和人体健康形成严重威胁.微生物修复是一种低价、绿色和易操作的技术,但微生物对高浓度污染物耐性低,造成修复效果差和周期长.由于生物炭的孔隙率高、官能团丰富和比表面积大,被认为是一种良好的吸附剂和固定化载体.通过微生物固定化技术将菌群定殖于生物炭上而制备生物炭固定化菌复合材料,结合了二者优势又克服菌群的缺点,展现了巨大的应用前景.通过系统论述生物炭固定化菌复合材料的制备方法和特征,评价生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的效能,讨论环境因素对生物炭固定化菌复合材料去除水中污染物和修复污染土壤的效果影响,阐明生物炭固定化菌复合材料对废水处理与土壤修复的作用机制.     

生物炭修复污染土壤的研究进展

介绍了生物炭的一些基本性质如碱性、表面积、官能团、CEC、元素组成和稳定性。然后对生物炭在污染土壤修复领域中的研究做了综述,例如用作土壤改良剂提高土壤对污水中有机污染物和重金属的吸附能力以及降低土壤中污染物的生物有效性。并对今后生物炭的研究方向作出了展望。     

生物炭添加对半干旱地区土壤温室气体排放的影响

为确定生物炭添加对半干旱地区农田土壤温室气体释放的影响,采用小区定位试验,利用锯末(J)和槐树皮(H)及3种添加比例(1%、3%、5%,质量百分比),研究了生物炭添加6个月内表层土壤CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的动态变化.结果表明,与对照相比,各处理土壤CO2排放通量随生物炭的添加呈现增加的趋势,锯末和槐树皮等两种生物炭处理的土壤CO2平均排放通量分别增加了1.89%和3.34%,但差异不显著.CH4排放随着生物炭添加量的增加而降低,各生物炭处理的土壤表层CH4排放量平均降幅分别为:J1:1.17%、J3:2.55%、J5:4.32%、H1:2.35%、H3:5.83%、H5:7.32%.其中,锯末生物炭仅在5%添加量时较对照差异显著(P0.05),而槐树皮生物炭处理在3%和5%的添加量与对照差异均达显著水平(P0.05).生物炭对N2O的排放影响没有明显规律性.研究表明,生物炭在短期内对半干旱地区农田土壤CO2和N2O的排放没有显著影响,而对CH4排放则影响显著(P0.05).就生物炭类型而言,槐树皮生物炭在抑制CH4排放方面优于锯末生物炭,差异显著(P=0.048).     

生物质炭与强还原处理对退化设施蔬菜地土壤温室气体排放的影响

生物质炭和土壤强还原处理（Reductive Soil Disinfestation, RSD）可以有效地修复退化设施蔬菜地土壤,但2种修复技术联用对土壤温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）排放的影响研究报道较少.本研究采用室内培养实验,设置未修复土壤（CK）、生物质炭修复（BC）、RSD修复（RSD）和BC与RSD联合修复（BC+RSD）4个处理,35℃条件下培养15 d,研究BC与RSD单独以及联合修复对退化设施蔬菜地土壤温室气体排放和综合温室效应（Global Warming Potential, GWP）的影响.结果表明,与对照CK相比,BC处理土壤N₂O排放量显著下降了50.0%,但CO₂排放量和GWP均显著增加（p<0.05）;RSD和BC+RSD处理土壤CO₂、N₂O、CH₄排放量和GWP均大幅度增加.但与RSD处理相比,BC+RSD处理土壤N₂O排放量和GWP分别下降了71.0%和30.0%.相关分析表明,土壤CO₂、N₂O、CH₄排放量和GWP与可溶性有机碳（DOC）和铵态氮（NH₄⁺-N）显著正相关,与pH和硝态氮（NO₃^--N）显著负相关.可见,生物质炭可以减少退化设施蔬菜地RSD修复引起的GWP.