摘要 在全球范围内,集约化畜牧生产的扩张产生T过剩的粪便和废水。厌氧消化技术(AD) 己被广泛应用于畜禽粪污的处理,不仅产生生物能源,同时厌氧发酵的产物(沼液)由其富含 植物生长所需的营养成分己在农业种植过程中作方肥料广泛应用。由于畜牧业的扩张和规模化 沼气工程的増加,沼液中的剩余养分常常超过沼气工程周边±地的承载能力,若处置不当将对 ±壤和水体造成严重的环境威胁。本研究提出利用农业生物质热解过程中的副产物-生物炭作 为基质,对沼液中的氮磯养分进行高效吸附回收,然后根据生物炭养分的解吸特性,将沼液中 回收的氮磯养分在农业种植过程中循环利用,不仅对实现废弃物养分的人工循环再利用与环境 保护合二为一,同时对推动规模化沼气工程沼液的合理消纳具有重要的实践指导意义。 该研究分别通过批次吸附实验和柱式穿透实验,确定了据屑、賴壳和玉米忘等制备生物炭 对沼液中NH/-N和P〇43'的最大可吸附回收量,利用热力学和动力学模型进一步表征了吸附过 程,探讨了吸附时间、温度、粒径、pH和流速等因素对吸附回收效率的影响规律,研究了生 物炭氮憐解吸和再生特性,讨论了氮憐养分回收后生物炭作为缓释肥料在农田利用中的可行性。 批式吸附实验结果表明,木棒和稻壳热解制备的生物炭对沼液中NH/-N具有较好的吸附回收 性能,在1400mgN/L初始浓度条件下回收率分别可达到44.6+0.6mg/g和39.8+0.5mg/g。 对于这两种生物炭类型,回收率随着吸附时间、盈度、pH值和初始NFLT-N浓度的増加而增加, 但随着生物炭颗粒尺寸的增加而降低。柱式穿透实验结果表明,在NH4+-N500-585mgN/L的 进水浓度下,具有较大表面积(147m2/g)的木棒基生物炭对沼液中NH4+-N最大回收能力 (114mg/g),均优于玉米芯基(108.9mg/g)和银屑基生物炭(24.7mg/g)。在连续流动的 柱式固定床回收实验期间,沼液中NH4+-N回收的动力学特征和变化规律受进水量、初始浓度 和固定床深度影响较大,较深的的生物炭固定床和较低的日处理量是提高沼液中NH4+-N回收 率的重要调控指标。而对于不同生物炭回收沼液中磯的实验研究,结果表明在磯酸盐初始浓度 为150mgP/L的条件下,木棒、玉米芯、稻壳和裙屑热解制备的生物炭的最大回收率分别可 达7.67+1.23mg/g(回收率52%),6.43+1.32mg/g(回收率43%),5.73+0.27mg/g(回收率 38%)和5.41±1.27mg/g個收率34%)。P043—-P回收率随沼液中P含量、回收时间和温度的增 加而增加,但吸附过程是可逆的,并且吸附的p〇43'-p可在中性和酸性±壌环境中W不同的 程度解吸释放。同时,在150mg/L的P〇43下浓度条件下,吸附饱和后的生物炭可解吸再生利 用,再生吸附PO/--P回收率可达25-37%(3.64-5.62mg/g)。 对于沼液中氮憐吸附饱和后的不同生物炭进行温室玉米盆栽实验,研究不同生物炭在±壌 中的添加量及生物炭氮稱解吸和释放规律对玉米涨势的影响具有重要意义。该实验采用3种吸 附氮稱的生物炭和3种未吸附氮礎的生物炭,在完全随机设计的20种不同处理下,添加量 分别为0,10和201/公顷的方式研巧对玉米(ZeaMjys)生长45d时间内的影响。结果表明, 饱和吸附富含沼液营养物的生物炭(0.176-0.240kg/盆)比未吸附氮磯的生物炭(0.113-0.168 kg/盆)和未添加生物炭的±巧(0.156-0.21kg/盆)具有更高的生物质产量。然而,与±壤中单 纯添加饱和吸附巧液中营养物的生物炭实验相比,同时组合化肥NPK的施肥方式具有更高的 生物质产量(0.23-0.315kg/盆)。同时结果发现,玉米芯制备的生物炭随着在±壤中施用量的 增加生物质产量也随之增加,但是木椿热解制备的生物炭±填中施入量的变化对生物质产量的 影响较小。因此,本研究结果初步论证了利用生物炭对沼液中氮憐养分吸附回收并在农田中循 环利用具有可行性,然而生物炭在±壤中的添加对止壤养分迁移的长期影响有待进一步研充。 关键词:生物炭,沼液,吸附,养分回收,农田利用