【摘要】：生物質(zhì)炭是一種具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、富有多種官能團(tuán),具有較強(qiáng)化學(xué)吸附能力的富碳固體,具有良好的熱穩(wěn)定性和抗生物化學(xué)分解特性。近年來,將生物質(zhì)炭作為堆肥中的調(diào)理劑倍受關(guān)注。但目前的研究集中在生物炭對(duì)堆肥進(jìn)程的加速和堆肥產(chǎn)物質(zhì)量的提升等,關(guān)于堆肥前后生物炭理化性質(zhì)變化的報(bào)道尚不多見。本研究以豬糞和污泥為原料,向堆體中添加5%和10%的生物炭,研究其對(duì)好氧堆肥過程和品質(zhì)的影響;通過測(cè)定生物質(zhì)炭形貌結(jié)構(gòu)、表面特性等的變化,研究不同基質(zhì)堆肥過程中生物質(zhì)炭性質(zhì)變化,以弄清生物質(zhì)炭與堆肥的作用機(jī)制,為生物炭在堆肥中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:(1)與污泥堆肥相比,豬糞堆肥達(dá)最高溫度的時(shí)間快1~2d,最高溫度高0.1~2.1℃,高溫期持續(xù)時(shí)間長3d,pH值及電導(dǎo)率均提高,含水率下降幅度高27.76%~41.72%,種子發(fā)芽指數(shù)小31.1%~46.6%。與對(duì)照相比,生物炭使堆體達(dá)最高溫度的時(shí)間提前1~2d,高溫期延長1~3d,堆體pH值提高0.11~0.24,電導(dǎo)率降低0.14~0.23mS·cm~(-1),含水率降低1.3%~7.6%。除含水率及到達(dá)最高溫度的時(shí)間外,其余指標(biāo)均表現(xiàn)為生物炭添加量越多效果越明顯。(2)堆肥過程中,有機(jī)碳含量呈下降趨勢(shì),但不同堆體下降的速率不同。堆肥0~21d,污泥堆肥有機(jī)碳下降幅度占總下降量的80%以上,而豬糞堆肥下降幅度僅占總下降量的40%左右;添加生物炭能提高堆體的有機(jī)碳含量,對(duì)兩種堆肥基質(zhì)有機(jī)碳分解率的影響卻不同,生物質(zhì)炭可降低豬糞堆肥有機(jī)質(zhì)的損失率,抑制有機(jī)質(zhì)的分解,而對(duì)污泥堆肥則提高其有機(jī)質(zhì)損失率,有助于有機(jī)質(zhì)降解,且以5%添加量效果更明顯。污泥堆肥水溶性有機(jī)碳呈先上升后下降的趨勢(shì),而豬糞堆肥水溶性有機(jī)碳呈先下降后上升再下降趨勢(shì);與對(duì)照相比,除豬糞5%生物炭處理外,其余處理均使高溫期可溶性有機(jī)碳含量提升,使后期可溶性有機(jī)碳含量明顯降低,表明生物炭有利于腐熟階段可溶性有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。與對(duì)照相比,生物炭降低了堆肥產(chǎn)物腐殖酸、胡敏酸、富里酸含量,提高了堆肥產(chǎn)物HI的值,CK1、P5、P10的HI分別為1.52、1.56、1.61;CK2、S5、S10的HI分別為1.67、1.74、1.80;污泥堆肥HI值高于豬糞。表明生物炭能提升堆肥產(chǎn)物腐熟度,污泥堆肥產(chǎn)物腐熟度更高,。(3)堆肥結(jié)束時(shí),與對(duì)照相比,添加5%和10%生物炭的豬糞堆體銨態(tài)氮含量分別低20.6%和35.7%,硝態(tài)氮分別高19.9%和24.1%,凱氏氮分別高2.1%和5.6%,氮損失分別減少18.1%、18.24%;污泥堆體銨態(tài)氮含量分別低32.2%和41.6%,硝態(tài)氮分別高16.9%和33.9%,凱氏氮含量分別高9.4%和11.9%,氮損失率分別降低了14.19%、14.47%。表明生物炭能促進(jìn)銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化,減少堆體氮損失。不同生物炭量對(duì)于豬糞堆肥和污泥堆肥減少氮素?fù)p失沒有明顯差異。(4)添加生物炭能降低堆肥產(chǎn)物Cu、Zn含量,提高Pb含量,使豬糞堆肥產(chǎn)物Cd含量下降,不同生物炭量間差異不大,污泥堆肥產(chǎn)物Cd含量以5%生物炭處理最高;豬糞堆體中,生物炭對(duì)堆體Cu、Zn、Cd鈍化無明顯影響,其降低有效Cu、Zn、Cd含量是因稀釋作用引起,對(duì)重金屬Pb有活化作用;污泥堆肥中,生物炭能促進(jìn)堆體鈍化Cu、Zn、Pb、Cd,且生物炭量愈多效果越明顯。(5)經(jīng)好氧堆肥,生物炭孔隙中出現(xiàn)了大量細(xì)小顆粒堵塞現(xiàn)象,且堆肥持續(xù)時(shí)間越長,孔隙中的顆粒愈多,堵塞現(xiàn)象越明顯;生物炭孔壁變薄,有些孔隙結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,甚至塌陷,導(dǎo)致生物炭結(jié)構(gòu)變得無序,無法識(shí)別出其原有的完整孔隙結(jié)構(gòu)。與豬糞處理相比,污泥堆肥中的生物炭孔隙堵塞、塌陷現(xiàn)象更明顯,表明污泥堆肥過程對(duì)生物炭結(jié)構(gòu)特征影響更大。(6)經(jīng)過好氧堆肥后,生物炭的pH值下降,EC值增加,C和H含量下降,N和O含量上升,H/C比值下降,O/C和(N+O)/C比值上升;5%和10%生物炭使豬糞堆肥中生物炭的總酸性含氧官能團(tuán)分別上升54.8%、64.5%,CEC值分別上升35.2%、34.7%,總酸性官能團(tuán)含量和CEC值之間相關(guān)性分別為0.922~(**)、0.765~*;使污泥堆肥中的生物炭總酸性含氧官能團(tuán)分別上升50.0%、59.7%,CEC值分別上升36.0%、34.7%,總酸性官能團(tuán)含量和CEC值之間相關(guān)性分別0.797~*、0.938~(**)。紅外光譜顯示,經(jīng)堆肥后,生物質(zhì)炭羥基和羧基增加、芳環(huán)C-C減少、烷基基團(tuán)逐漸消失、芳香性增強(qiáng),發(fā)生了氧化,可能受到了生物氧化和非生物氧化的共同作用。不同生物炭添加量的堆肥過程中,生物炭的化學(xué)特性變化趨勢(shì)相似,但總體上表現(xiàn)為添加量越多的堆體,其生物炭化學(xué)特性的變化程度更深,且以豬糞為原料的堆肥過程對(duì)生物炭化學(xué)特性變化的影響較污泥更大。
【圖文】：

初試生物炭的掃描電鏡(SEM)圖像

堆肥裝置立體圖
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S141.4;X703

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳偉;王燕;廖新O，

本文編號(hào)：2663375