生物炭与菌剂对猪粪堆肥中重金属形态转化的影响研究

发布时间：2020-06-28 05:34

【摘要】：研究显示,畜禽粪便有机肥中重金属存在着在农业环境中积累而污染环境的风险,现已成为农田重金属污染的主要来源之一。本文以降低畜禽粪便中重金属活性为目标,以猪粪、微生物制剂、生物炭为有机肥生产原料,初步分析生物炭和微生物添加对猪粪堆肥中重金属形态转化的影响,确定生物炭添加比例及种类以及微生物制剂比例对发酵过程中重金属钝化效果的影响,优化炭基有机肥生产工艺,研究改性生物炭对猪粪堆肥重金属钝化效果的影响,降低猪粪有机肥中重金属的生物可利用性,为防治有机肥源重金属污染提供理论基础和技术指导。主要结果如下:(1)研究生物炭、复合微生物菌剂单独添加及同时添加对猪粪好氧发酵过程中重金属形态转化的影响,研究结果表明,在猪粪堆肥过程中添加生物炭和菌剂能使堆体高温时间维持达7天,并能促进油菜种子发芽率提高,同时添加生物炭和菌剂的处理发酵效果最好,微生物多样性明显增加,真菌多样性指数在堆肥各阶段均高于其他处理,且对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的钝化效果较好,钝化效果分别为65.14%、56.19%、67.40%、20.95%,高于其他三组处理。(2)研究了生物炭种类、添加比例及微生物菌剂添加量等因素对猪粪好氧发酵过程中重金属形态转化的影响。九个处理高温期维持了8天以上,含水率均降至35%以下,种子发芽指数达到80%以上,均实现了无害化处理。三维荧光光谱分析表明,堆肥完成后Peak A和Peak B的荧光峰强度变弱,说明微生物频繁的代谢活动使蛋白类物质被大量分解,DOM成分逐渐复杂。对Cu最优的添加为12%的花生壳生物炭和0.5%的菌剂(T8),与堆前相比,可交换态分配率下降25.36%,钝化效果为70.36%。对Zn的最优的处理是24%木屑炭和1.5%的菌剂(T3),可交换态和还原态Zn分配率之和较堆前下降34.57%,钝化效果为40.76%。对Pb的最优处理是24%花生壳生物炭和1%的菌剂(T9),可交换态分配率较堆前下降16.32%,钝化效果为74.60%。对Cd的钝化效果最优的处理是24%木屑炭和1.5%的菌剂(T3),交换态Cd下降7.96%,钝化效果为58.13%。综合分析对四种重金属钝化效果较优的组合为添加24%的花生壳生物炭和1.5%的菌剂。(3)为进一步提高生物炭对重金属钝化的作用,研究了NaOH和FeCl_3改性生物炭对重金属形态转化的影响。以猪粪和秸秆为原料,以改性花生壳生物炭作为添加剂(比例为24%),添加15‰的菌剂微生物菌剂进行堆肥试验,结果表明,添对花生壳生物炭做改性处理可使重金属Cu、Zn、Pb、Cd由活性较高的形态向活性较低的形态转化,其钝化效果较未添加生物炭处理提高1.81~5.76倍,NaOH和FeCl_3明显提升了好氧发酵过程重金属钝化效果。综合来看,在堆肥过程中FeCl_3改性生物炭(猪粪干物质量24%)对重金属Cu、Zn、Pb、Cd有相对较好的钝化能力,其钝化效果依次为78.70%、43.53%、66.45%、58.78%。本论文通过在猪粪堆肥过程中添加生物炭和复合微生物菌剂,明确了生物炭使用种类及添加比例以及微生物菌剂的添加比例,并对生物炭进行改性,进一步提升了重金属的钝化效果,为猪粪堆肥中重金属钝化技术提供了参考依据。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X713

【参考文献】