牛粪生物炭的制备及其对水土氮素污染修复研究

发布时间：2017-04-14 12:23

  本文关键词：牛粪生物炭的制备及其对水土氮素污染修复研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了解决牛养殖业生产过程带来的牛粪利用难题和扩展牛粪在水土氮素污染修复的资源化利用途径,本文以牛粪为原料,进行了牛粪生物炭的制备及其性能分析、对土壤氮肥淋失抑制和水中氨氮吸附作用研究,具体结果如下:牛粪制备生物炭研究表明,牛粪制备生物炭产率从200℃的70%下降到700℃的55%、0.5h的84.25%下降到1.5h的69.5%、100℃·h-1的70.54%下降到500℃·h-1的67.11%,而灰分从200℃的20%左右增加到700℃的35%左右、0.5h的18.21%增加到1.5h的23.52%、100℃·h-1的21.47%增加到500℃·h-1、25.52%。对牛粪生物炭性能分析表明,牛粪生物炭p H从制备温度200℃的8.15提高到700℃的9.55;电子显微镜扫描(SEM)、质谱分析(EDS)表明牛粪生物炭比牛粪具有更发达的管状孔洞结构,K,Ca碱性物质含量增加了200%和10%;单施生物炭处理(C)和生物炭化肥混施处理(CCF),与空白处理(CK)相比,种植后p H值、有机质、持水量、CEC分别增加了分别提高了0.9和0.56单位、61.9%和45.5%、6.29%和7.01%、42.9%和44%,容重分别下降了17.1%和18.6%,蔬菜的鲜重在配施(CCF)条件下,株高约增幅2倍多。牛粪生物炭对土壤氮肥淋失抑制作用研究表明,随着生物炭比例的增加,土壤淋滤液p H值逐渐升高,在10天时,生物炭添加比例5%与对照0%相比,p H值增幅最大,为12.5%。淋滤30天内,按生物炭添加比例为0%、2%、3%、4%和5%,淋滤液NH_4~+-N和NO_3~--N浓度逐渐降低。当土壤牛粪生物炭比例为4%~5%时,与对照(0%)相比,淋滤液中NH_4~+-N、NO_3~--N和总氮累积淋失总量减少了17%、32%和32%左右,淋滤大于40天,牛粪生物炭的添加对NO_3~--N的淋失时间起到了一个延缓作用。牛粪生物炭对水中氨氮吸附作用研究表明,当溶液p H值从3升高到11时,牛粪生物炭对氨氮的去除率从13.04%增加到55.55%;牛粪生物炭的添加量大于20g·L-1时,水中NH_4~+的去除率趋于平缓,为63.53%左右,而单位吸附量随着牛粪生物炭的投加量的增加呈减小趋势;水溶液中NH_4~+初始浓度为50mg·L-1时,水中氨氮的去除率最大,为46.31%。而单位吸附量却随着水溶液中NH_4~+初始浓度的增加,从增加速率显著到趋于减缓。吸附平衡时间为80min。Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述牛粪生物炭对水中氨氮的吸附行为,吸附动力学方程拟合效果为准二级吸附动力学(R2为0.9729)准一级动力学(R2为0.9719)Elovich(R2为0.8888),牛粪生物炭对水中氨氮的吸附为自发的吸热、单分子层吸附、化学吸附为主,伴随着物理吸附过程。本研究制备的牛粪生物炭,不但是一种良好的土壤氮素抑制剂和水中氨氮的吸附剂,而且是一种优良的土壤改良剂,其廉价经济,具有良好的牛粪资源化和产业化前景。
【关键词】：牛粪生物炭 氮淋失 抑制作用 土壤改良 氨氮吸附 资源化利用
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713;X505
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 引言13-15
• 1.2 生物炭研究现状15-22
• 1.2.1 生物炭概念及性质15-16
• 1.2.2 生物炭的制备16-18
• 1.2.3 生物炭在农业领域的研究与应用18-21
• 1.2.4 生物炭技术在缓解温室效应领域研究与应用21
• 1.2.5 生物炭技术在水处理领域的研究与应用21-22
• 1.3 牛粪对环境的污染及资源化利用途径22-24
• 1.3.1 牛粪对环境的污染22-23
• 1.3.2 牛粪的资源化利用途径23-24
• 1.4 我国氮肥利用现状及氮淋失解决措施24-26
• 1.4.1 我国氮肥利用现状24-25
• 1.4.2 氮肥对环境的污染及解决措施25-26
• 1.5 水体氨氮污染及处理技术现状26-27
• 1.5.1 水体氨氮污染现状26
• 1.5.2 水体氨氮处理技术现状26-27
• 1.6 研究的内容、意义和技术路线27-29
• 1.6.1 研究的内容27
• 1.6.2 研究的意义27-28
• 1.6.3 技术路线28-29
• 第2章 实验材料及方法29-37
• 2.1 实验材料及仪器29-30
• 2.1.1 实验材料29
• 2.1.2 实验主要药品29-30
• 2.1.3 实验仪器30
• 2.2 实验方法与步骤30-33
• 2.2.1 牛粪生物炭的制备30
• 2.2.2 生物炭对土壤的性能分析实验30-31
• 2.2.3 土柱模拟实验31-32
• 2.2.4 氨氮吸附实验32-33
• 2.3 分析测定方法33-34
• 2.4 数据分析34-37
• 2.4.1 牛粪生物炭制备实验数据分析34
• 2.4.2 土柱模拟实验数据分析34-35
• 2.4.3 牛粪生物炭吸附水中氨氮的数据分析35-37
• 第3章 牛粪生物炭的制备及其性能研究37-51
• 3.1 牛粪制备生物炭工艺条件研究37-40
• 3.1.1 不同制备温度对牛粪生物炭产率和灰分的影响37-38
• 3.1.2 不同炭化时间对牛粪生物炭产率和灰分的影响38-39
• 3.1.3 不同升温速率对牛粪生物炭产率和灰分的影响39-40
• 3.2 牛粪生物炭物化性质分析40-43
• 3.2.1 不同裂解温度对牛粪生物炭p H影响分析40-41
• 3.2.2 牛粪生物炭电子显微镜扫描（SEM）分析41-42
• 3.2.3 牛粪生物炭质谱（EDS）分析42-43
• 3.3 牛粪生物炭对土壤的理化性质及作物生长影响分析43-49
• 3.3.1 牛粪生物炭对土壤p H的影响分析43-44
• 3.3.2 牛粪生物炭对土壤有机质的影响分析44-45
• 3.3.3 牛粪生物炭对土壤阳离子交换量(CEC)的影响45-46
• 3.3.4 牛粪生物炭对土壤持水性的影响46-47
• 3.3.5 牛粪生物炭对土壤容重的影响47-49
• 3.3.6 牛粪生物炭对蔬菜生长的影响49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 牛粪生物炭对土壤氮肥淋失抑制作用研究51-59
• 4.1 牛粪生物炭对土壤氮肥淋失抑制作用51-56
• 4.1.1 牛粪生物炭对土壤淋滤液p H值的影响51-52
• 4.1.2 牛粪生物炭对淋滤液NH_4~+-N淋失影响52-54
• 4.1.3 牛粪生物炭对土壤淋滤液NO_3~--N淋失的影响54-56
• 4.1.4 牛粪生物炭对土壤淋滤液总氮淋失的影响56
• 4.2 本章小结56-59
• 第5章 牛粪生物炭对水中NH_4~+吸附作用研究59-69
• 5.1 牛粪生物炭去除水中NH_4~+的影响因素59-63
• 5.1.1 溶液初始p H值对牛粪生物炭吸附水溶液中NH_4~+影响59-60
• 5.1.2 吸附时间对牛粪生物炭吸附水溶液中NH_4~+影响60
• 5.1.3 牛粪生物炭投加量对吸附水溶液中NH_4~+影响60-62
• 5.1.4 初始浓度对牛粪生物炭吸附水溶液中NH_4~+影响62-63
• 5.2 牛粪生物炭吸附水中NH_4~+特性研究63-66
• 5.2.1 牛粪生物炭吸附水溶液中NH_4~+的吸附等温线63-65
• 5.2.2 牛粪生物炭吸附水溶液中NH_4~+的动力学特征65-66
• 5.3 本章小结66-69
• 第6章 结论69-71
• 参考文献71-76
• 在学期间研究成果76-77
• 致谢77-78

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