本文選題：生物炭 + 沼液��； 參考：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：在全球范圍內(nèi),集約化畜牧生產(chǎn)的擴張產(chǎn)生了過剩的糞便和廢水。厭氧消化技術(shù)(AD)已被廣泛應(yīng)用于畜禽糞污的處理,不僅產(chǎn)生生物能源,同時厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物(沼液)由其富含植物生長所需的營養(yǎng)成分已在農(nóng)業(yè)種植過程中作為肥料廣泛應(yīng)用。由于畜牧業(yè)的擴張和規(guī)模化沼氣工程的增加,沼液中的剩余養(yǎng)分常常超過沼氣工程周邊土地的承載能力,若處置不當將對土壤和水體造成嚴重的環(huán)境威脅。本研究提出利用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)熱解過程中的副產(chǎn)物--生物炭作為基質(zhì),對沼液中的氮磷養(yǎng)分進行高效吸附回收,然后根據(jù)生物炭養(yǎng)分的解吸特性,將沼液中回收的氮磷養(yǎng)分在農(nóng)業(yè)種植過程中循環(huán)利用,不僅對實現(xiàn)廢棄物養(yǎng)分的人工循環(huán)再利用與環(huán)境保護合二為一,同時對推動規(guī)模化沼氣工程沼液的合理消納具有重要的實踐指導(dǎo)意義。該研究分別通過批次吸附實驗和柱式穿透實驗,確定了鋸屑、稻殼和玉米芯等制備生物炭對沼液中NH_4~+-N和PO_4~(3-)的最大可吸附回收量,利用熱力學(xué)和動力學(xué)模型進一步表征了吸附過程,探討了吸附時間、溫度、粒徑、pH和流速等因素對吸附回收效率的影響規(guī)律,研究了生物炭氮磷解吸和再生特性,討論了氮磷養(yǎng)分回收后生物炭作為緩釋肥料在農(nóng)田利用中的可行性。批式吸附實驗結(jié)果表明,木棒和稻殼熱解制備的生物炭對沼液中NH_4~+-N具有較好的吸附回收性能,在1400 mg N/L初始濃度條件下回收率分別可達到44.6±0.6 mg/g和39.8±0.5 mg/g。對于這兩種生物炭類型,回收率隨著吸附時間、溫度、pH值和初始NH_4~+-N濃度的增加而增加,但隨著生物炭顆粒尺寸的增加而降低。柱式穿透實驗結(jié)果表明,在NH_4~+-N 500-585 mg N/L的進水濃度下,具有較大表面積(147 m~2/g)的木棒基生物炭對沼液中NH_4~+-N最大回收能力(114 mg/g),均優(yōu)于玉米芯基(108.9 mg/g)和鋸屑基生物炭(24.7 mg/g)。在連續(xù)流動的柱式固定床回收實驗期間,沼液中NH_4~+-N回收的動力學(xué)特征和變化規(guī)律受進水量、初始濃度和固定床深度影響較大,較深的的生物炭固定床和較低的日處理量是提高沼液中NH_4~+-N回收率的重要調(diào)控指標。而對于不同生物炭回收沼液中磷的實驗研究,結(jié)果表明在磷酸鹽初始濃度為150 mg P/L的條件下,木棒、玉米芯、稻殼和鋸屑熱解制備的生物炭的最大回收率分別可達 7.67±1.23 mg/g(回收率 52%),6.43±1.32 mg/g(回收率 43%),5.73±0.27 mg/g(回收率38%)和5.41±1.27 mg/g(回收率34%)。PO_4~(3-)-P回收率隨沼液中P含量、回收時間和溫度的增加而增加,但吸附過程是可逆的,并且吸附的PO_4~(3-)P可以在中性和酸性土壤環(huán)境中以不同的程度解吸釋放。同時,在150 mg/L的PO_4~(3-)P濃度條件下,吸附飽和后的生物炭可解吸再生利用,再生吸附PO_4~(3-)-P回收率可達25-37%(3.64-5.62 mg/g)。對于沼液中氮磷吸附飽和后的不同生物炭進行溫室玉米盆栽實驗,研究不同生物炭在土壤中的添加量及生物炭氮磷解吸和釋放規(guī)律對玉米漲勢的影響具有重要意義。該實驗采用3種吸附氮磷的生物炭和3種未吸附氮磷的生物炭,在完全隨機設(shè)計的20種不同處理下,以添加量分別為0,10和20t/公頃的方式研究對玉米(Zea Mays)生長45d時間內(nèi)的影響。結(jié)果表明,飽和吸附富含沼液營養(yǎng)物的生物炭(0.176-0.240 kg/盆)比未吸附氮磷的生物炭(0.113-0.168 kg/盆)和未添加生物炭的土壤(0.156-0.21 kg/盆)具有更高的生物質(zhì)產(chǎn)量。然而,與土壤中單純添加飽和吸附沼液中營養(yǎng)物的生物炭實驗相比,同時組合化肥NPK的施肥方式具有更高的生物質(zhì)產(chǎn)量(0.23-0.315 kg/盆)。同時結(jié)果發(fā)現(xiàn),玉米芯制備的生物炭隨著在土壤中施用量的增加生物質(zhì)產(chǎn)量也隨之增加,但是木棒熱解制備的生物炭土壤中施入量的變化對生物質(zhì)產(chǎn)量的影響較小。因此,本研究結(jié)果初步論證了利用生物炭對沼液中氮磷養(yǎng)分吸附回收并在農(nóng)田中循環(huán)利用具有可行性,然而生物炭在土壤中的添加對土壤養(yǎng)分遷移的長期影響有待進一步研究。
[Abstract]:Anaerobic digestion technology ( AD ) has been widely used in the treatment of livestock and poultry manure , which has been widely used in the treatment of livestock and poultry manure . The recovery rate of NH _ 4 ~ + - N in the biogas slurry increased with the increase of P content , recovery time and temperature in biogas slurry . The results showed that the recovery of P content , recovery time and temperature in biogas slurry were 7.67 鹵 1.23 mg / g ( recovery rate of 43 % ) , 5.73 鹵 0.27 mg / g ( recovery rate of 38 % ) and 5.41 鹵 1.27 mg / g ( recovery rate 34 % ) . The results showed that the biological carbon ( 0.176 - 0.240 kg / basin ) , which is rich in marsh liquid , has higher biomass yield than that of carbon ( 0.156 - 0.21 kg / pot ) which has not adsorbed nitrogen and phosphorus . At the same time , it was found that the biomass production of corn cob increased with increasing amount of biomass in the soil , but the change of application amount in the bio - carbon soil prepared by the wood stick was less influence on biomass yield . Therefore , the study results preliminarily demonstrated that the utilization of biochar in the recovery of nitrogen and phosphorus nutrient in the biogas slurry and the feasibility of recycling the biomass in the farmland , however , the long - term effect of the addition of the biochar in the soil on the soil nutrient migration is to be further studied .
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S141

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2093083