污泥基生物炭制备表征及土壤改良应用研究

发布时间：2020-04-15 15:30

【摘要】：我国污水处理事业的快速发展所导致的直接结果就是污泥处理问题的加剧。污泥中有机物及植物生长所必须的元素可作为生物质资源加以利用。目前不少学者正在研究污泥热解工艺的可行性。热解产物生物炭作为一种土壤改良剂施加到土壤中，可以改善土壤的物理化学及生物学性状，降低土壤中污染物的有效性。本试验将污泥作为原材料热解制备生物炭，从（1）生物炭表征，（2）生物炭对土壤理化性质、生物学性质影响，（3）生物炭对黑麦草生长情况的影响三部分进行了研究。通过生物炭表征，分析热解温度对产物性质的影响；通过黑麦草盆栽试验，分析生物炭制备温度、施用比例对土壤性质、黑麦草生长情况的影响；通过盆栽试验探讨生物炭作为土壤改良剂用于黑麦草的最佳制备条件及施加比例。原材料未热解之前呈酸性，，热解温度升高产物碱性增强。随着热解温度升高污泥基生物炭的阳离子交换量先降低后升高，在650℃时达到最小值3，850℃时又升高至5.12cmol/kg；污泥基生物炭比表面积及孔体积先减少后增大。生物炭中H/C、O/C比例随着温度升高逐渐降低，O/C降低可以推测生物炭中含氧官能团的数量逐渐减少；H/C逐渐减少，表明生物炭的芳香化程度、稳定性随着温度升高在提高。通过黑麦草盆栽试验研究生物炭对土壤pH、阳离子交换量CEC、H2O2酶活性及脲酶活性的影响。土壤本身呈酸性，生物炭施加后土壤pH提高，生物炭施加比例越高，pH增加越大。550℃、650℃及750℃污泥基生物炭施加后，土壤pH值相对于空白土壤增加幅度较大甚至达到8.0，850℃污泥基生物炭施加比例小于15%时，pH值稳定在7.3左右，施加比例达到15%时pH值上升到7.4。550℃污泥基生物炭可小幅度提高土壤CEC，650℃污泥基生物炭降低土壤CEC，较低比例的850℃污泥基生物炭有利于提高土壤CEC，有利于提高土壤的保水保肥能力，但施加比例达到15%时，土壤CEC相比空白土壤降低，比例过高不利于土壤保肥。550℃污泥基生物高生物炭施加量（＞10%）抑制土壤H2O2酶活性；650℃及750℃污泥生物炭处理后的土壤H2O2酶活性均出现不同幅度的减少；850℃污泥基生物炭施加到土壤后，土壤H2O2酶活性以及土壤脲酶活性先提高后降低。 550℃污泥基生物炭施加后植株几乎无法生长，650℃污泥基生物炭施加后也抑制黑麦草生长，750℃污泥基生物炭施加比例5%时植株鲜重高出空白土壤0.0084g，其余施加量条件下植株鲜重均低于空白土壤。在热解温度达到850℃之前，随着温度升高，生物炭对黑麦草生长的抑制作用逐渐减弱。850℃污泥基生物炭施加比例从2%增加到15%时，相比空白土壤分别增加了58.15%、73.92%、76.56%及-0.82%。可以看出850℃污泥基生物炭对黑麦草生长起到很好的促进作用，并且促进效果随着比例增加呈现出先增强后减弱的趋势，10%比例施加条件下黑麦草长势最好，产量最高。综合分析实验结果，850℃污泥基生物炭最适合作为本试验所用粘土的土壤改良剂，低生物炭施加量有利于改善酸性土壤pH，提高土壤阳离子交换量，提高土壤保肥保水能力，有利于提高土壤过氧化氢酶活性及脲酶活性，总之，850℃低生物炭施加量有利于改良土壤环境，促进黑麦草植株生长，提高黑麦草产量。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;S156

【参考文献】