不同污泥生物炭的老化及物理化学性质研究

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剩余污泥热解制备生物炭是一种污泥资源化利用的方式,为生物炭的制备提供了更多的原料选择。生物炭在土壤固碳方面的应用潜力,使其成为温室气体减排,解决全球气候变化问题的途径之一。然而,施用污泥生物炭后,其理化性质会产生怎样的变化,对土壤微生物有怎样的影响,目前对相关问题的研究甚少。本研究选择市政、药厂、钢厂污泥和鸡粪分别在500℃、600℃和700℃下热解制备生物炭,从化学、物理和生物老化三个方面研究了老化作用对污泥生物炭理化性质影响和土壤微生物对污泥生物炭的响应。结果表明污泥生物炭有较强的固碳能力,能改善酸性土壤,并具有较强的抗氧化,抗风化能力。具体表现为:(1)随着热解温度的升高,污泥生物炭中碳含量降低,碳化程度增大,无机成分逐渐浓缩并保留在污泥生物炭中。产率和热解温度显著负相关,三种污泥生物炭产率大于鸡粪生物炭;灰分和热解温度正相关,且污泥生物碳灰分含量大于鸡粪生物炭。p H表现出和热解温度、灰分含量的显著相关。(2)污泥性质决定污泥生物炭性质。污泥生物炭无机成分复杂,所含元素种类多含量大。在老化过程中钢厂污泥生物炭Fe元素溶出度可达2.61-24.71 g/kg,远高于其它三种生物炭。Al、Ca元素的溶出度相对较小。Cu、As、Pb、Cr和Zn元素溶出度小于1 ppm。(3)无机成分通过与有机物的相互作用,对碳元素有固持作用,可增强生物炭的稳定性,包括抗化学老化能力和抗物理老化能力。市政污泥生物炭因无机成分趋向晶格态,导致抗化学老化能力弱于其余三种生物炭。(4)除药厂污泥生物炭外,三种生物炭物理老化后粒径变小。鸡粪和市政污泥生物炭粒径在物理老化后仍大于其余三种污泥生物炭,表明这两种生物炭在土壤中的迁移能力弱于其余三种生物炭。(5)生物炭与微生物混合后,由于污泥生物炭较高的pH和无机成分含量导致微生物难以存活。对微生物富集的土壤如作物根部,污泥生物炭的施用应特别注意。
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