生物质焦改良北京城区土壤的效果及机理

生物质焦是生物质和有机废弃物等高温裂解的产物，与生物质能源发展及有机废弃物资源化利用及安全处理密切相关，不仅可用作土壤调理剂，提高土壤肥力，而且可扩大土壤碳库，是碳封存的一个重要手段。在了解利用城市主要有机废弃物所产生的生物质焦基本性质基础上，研究施用不同量生物质焦后，典型城区土壤物理、化学及生物学性状的变化，以及绿化植物的响应，掌握生物质焦与土壤矿物质相互作用特点以及生物质焦在土壤环境中的变化规律，这不仅将有利于恢复并增强城区土壤生态环境服务功能，而且还为城市垃圾安全处理开拓新的思路，为低碳社会建设提供科学依据。

我国每年产生大量的废弃生物质，不合理的利用不仅资源浪费，而且造成环境污染。由于生物质炭可用作土壤调理剂，不仅改良培肥土壤，而且大幅度提高有机碳含量，起到固碳减排的作用，因此，水热炭化或干裂解处理是极具潜力的安全处置与资源化利用废弃生物质的技术措施之一。本项目开展了：（1）市政污泥炭化处理及产物特性分析，（2）芒草生物质炭特性及对不同酸度土壤的影响，（3）废弃生物质炭化处理及产物特性等3个方面的研究，取得了如下创新性成果：.1..在不同温度和反应时间下，水热炭化和干裂解处理新鲜市政污泥和烘干市政污泥。结果表明：市政污泥生物质炭元素含量、分子结构、表面特性、重金属形态和含量等均随处理方法、温度和时间而变化。重金属在生物质炭富集，但生物有效性降低。将生物质炭加入土壤后，显著提高土壤全氮、有机碳、有效磷钾含量，促进草坪草的生长；土壤重金属含量有所增加，但主要以残渣态存在，且草坪草中重金属含量有所降低。.2..在350℃和700℃下干裂解制备芒草生物质炭，结果显示，比起低温生物质炭，高温生物质炭的pH、C/N、芳香化程度、WHC、EC、比表面积和最可能孔径更高，加入到土壤的效果也有所不同。二者均大幅度地降低了土壤铵态氮含量，碱性土壤的硝态氮含量也有所降低，但低温生物质炭提高了酸性土壤硝态氮含量。加入生物质炭，尤其是加入低温生物质炭，产生明显的正激发效应，酸性和碱性土壤的激发效应分别为250 mg CO2-C kg-1和 319 mg CO2-C kg-1。.3..在190℃和260℃下，水热炭化处理猪粪、牛粪、鸡粪、西瓜皮1-24h，结果显示，废液和生物质炭的组成成分及其含量、颗粒大小、孔隙状况、表面特性、分子结构等指标，均随原材料、反应温度和反应时间而变化。一般说来，废水pH、EC、TOC、COD、BOD5、NPK含量等指标，大多随反应温度的提高和反应时间的延长而增加，更易于进行生化处理。随反应温度提高和反应时间的延长，生物质炭碳含量增加，氧含量降低，H/C和O/C比值降低，芳香化程度提高；炭化反应促进了羟基、羧基、酯基或醚基等含氧官能团的形成，烷基碳和芳香基碳增加，但烷氧基碳降低；生物质炭中的脂肪酸、羰基和酚类化合物种类和含量等，随反应温度升高而降低。