【摘要】：我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)在高速發(fā)展的同時,產(chǎn)生的大量畜禽糞便也對環(huán)境和我國的可持續(xù)發(fā)展帶來了威脅。本文采用熱解炭化的方式處理牛糞與豬糞,探究其熱解生物炭的肥料化利用特性,以期在解決環(huán)境污染的同時,實現(xiàn)畜禽糞便的資源化利用。為了探究熱解溫度對畜禽糞便熱解得到生物炭理化特性、養(yǎng)分特性和孔隙特性的影響,同時考慮到添加秸稈能夠改善畜禽糞便熱解過程物料流動性、強化其傳熱傳質(zhì)效果,而混合熱解對生物炭特性的機理影響需要深入進行研究。本課題組擬采用玉米芯秸稈為調(diào)理料與畜禽糞便進行混合熱解炭化,旨在為畜禽糞便的肥料化利用提供試驗依據(jù)與參考,本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)原料的基本特性(元素分析、組分分析)是影響熱解生物炭的重要因素。玉米芯秸稈較牛糞與豬糞具有較高含量的纖維素和半纖維素,而低溫?zé)峤膺^程中主要是纖維素和半纖維素的分解。畜禽糞便與植物類生物質(zhì)相比C含量低而O含量相對較高,這是導(dǎo)致畜禽糞便和植物類生物質(zhì)的低位發(fā)熱量較低的主要原因。(2)熱解條件對畜禽糞便與秸稈混合生物炭的基本特性(炭產(chǎn)率、pH、工業(yè)分析)的影響表現(xiàn)為:熱解溫度為200℃時,畜禽糞便與秸稈混合物熱解反應(yīng)不明顯,超過200℃時,隨著熱解溫度的升高,生物質(zhì)熱解反應(yīng)加劇,炭產(chǎn)率下降,pH升高。玉米芯秸稈的添加有助于調(diào)節(jié)畜禽糞便與秸稈混合熱解生物炭的高堿性pH。玉米芯秸稈相對牛糞與豬糞含有更多的揮發(fā)分和更少的灰分,熱解過程中,生物炭揮發(fā)分減少,灰分增加,同時得到的固定碳含量增加。(3)畜禽糞便與秸稈混合生物炭的養(yǎng)分特性分析結(jié)果表明,熱解溫度的升高會導(dǎo)致生物炭中全P、全K含量的升高以及Mg、Ca、Na和Fe等礦質(zhì)元素、Cu和Zn等重金屬元素的富集,而全N損失加劇。豬糞與秸稈混合熱解生物炭較牛糞與秸稈混合熱解生物炭具有更好的養(yǎng)分特性,適宜利用其養(yǎng)分特性施用于土壤。其中,熱解溫度為300℃、秸稈添加量為20%的豬糞與玉米芯秸稈混合生物炭養(yǎng)分特性表現(xiàn)最好,并且符合相關(guān)有機肥料標準,適宜作為有機肥料施用于土壤。(4)畜禽糞便與秸稈混合生物炭的孔隙特性分析結(jié)果表明,牛糞與秸稈生物炭、豬糞與秸稈生物炭分別在熱解溫度為400℃、500℃時,生物炭的總孔隙率、比表面積和總孔容積等孔隙特性表現(xiàn)最好,牛糞與秸稈生物炭較豬糞與秸稈生物炭具有更好的孔隙特性,適宜利用其孔隙特性施用于土壤。牛糞與秸稈混合生物炭對水中氨氮及硝酸鹽吸附與生物炭的比表面積呈正向相關(guān)關(guān)系。添加牛糞與秸稈生物炭到土壤中有助于增加土壤對氨氮的吸收。添加不同質(zhì)量分數(shù)的牛糞與秸稈生物炭(熱解溫度為400℃,添加秸稈量為20%)對有機基質(zhì)土中氨氮及硝酸鹽的保固試驗表明:添加質(zhì)量分數(shù)為2%的生物炭能夠降低有機基質(zhì)土中56.32%的氨氮損失,添加質(zhì)量分數(shù)為10%的生物炭能夠降低有機基質(zhì)土中33.91%的硝酸鹽損失。綜合試驗研究結(jié)果,豬糞與秸稈生物炭適宜利用其養(yǎng)分特性,可選擇熱解溫度為300℃、秸稈添加量為20%的豬糞與玉米芯秸稈混合生物炭作為有機肥施用于土壤;熱解溫度為500℃,添加秸稈量為20%的豬糞與玉米芯秸稈混合生物炭可考慮作為磷肥施用于土壤。牛糞與玉米芯秸稈混合生物炭適宜利用其孔隙特性,可考慮將熱解溫度為400℃,秸稈添加量為20%的牛糞與秸稈生物炭作為土壤添加劑或土壤改良劑施用于土壤。秸稈的添加能有助于畜禽糞便的脫水預(yù)處理,對熱解過程的傳熱傳質(zhì)及對熱解設(shè)備的結(jié)渣等實際生產(chǎn)都有良性作用,應(yīng)該根據(jù)實際生產(chǎn)要求、施用土壤類型及生物炭目標用途等選擇添加秸稈量。
【圖文】：

生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑Fig.1-1Conversionpathwayofbio-thermochemicalchemical

技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ440.4

【參考文獻】

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本文編號：2655525