生物炭和腐植酸类对猪粪堆肥重金属的钝化效果

为深入了解农业固体废弃物资源化、无害化利用的发展前景,探讨不同钝化材料对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响规律,该文利用猪粪和秸秆进行高温好氧堆肥,研究生物炭(木屑炭、玉米秸秆炭、花生壳炭)和腐植酸(福建(fujian,FJ)生物腐植酸、嘉博文(jiabowen,JBW)生物腐植酸、草炭)等不同钝化材料对猪粪堆肥发酵效果及重金属Cu、Pb、Zn、Cd形态的影响。试验结果表明:添加花生壳炭、玉米秸秆炭、JBW腐植酸以及木屑炭分别对重金属Cu、Pb、Zn和Cd表现为相对较好的钝化能力。添加花生壳炭(F3)对重金属Cu的钝化效果为65.79%;添加玉米秸秆炭处理(F2)对重金属Pb的钝化效果为57.2%;添加JBW生物腐植酸处理(F5)对重金属Zn的钝化效果为64.94%;添加木屑炭处理(F1)对Cd的钝化效果为94.67%;并且,针对不同重金属的钝化效果,此4个处理均明显高于不添加钝化材料的对照处理(P0.05)。添加花生壳炭虽然对重金属Cu具有较好的钝化效果,但其堆肥物料的最高发酵温度仅为45.14°C、pH值为5.41、电导率为9.48 mS/cm、种子发芽率指数为0.47%,无法达到堆肥无害化标准。基于以上试验结果,综合考虑堆肥发酵效果及重金属钝化效果认为,木屑炭、JBW生物腐植酸是2种较理想的钝化材料,该研究结果为畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化技术研发、生物炭和腐植酸改良土壤结构的特性推广及有机肥规模化应用提供参考。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究

在田间试验条件下,研究施用生物有机肥和生物炭对稻田Cd和Pb污染的钝化修复效果。研究结果表明:施用生物有机肥和生物炭处理可以提高土壤p H值以及土壤养分含量,并显著降低土壤有效态Cd和Pb的含量,且土壤p H值与土壤有效态Cd和Pb的含量呈极显著负相关;生物有机肥和生物炭处理还可以降低水稻体内Cd和Pb的含量,其中水稻糙米Cd降幅达到了22.00%和18.34%,水稻糙米Pb含量的降幅也达到了33.46%和12.31%,且水稻糙米Cd和Pb的含量与土壤有效态Cd和Pb的含量呈显著正相关。综合各处理对土壤p H值、土壤养分含量、土壤有效态Cd和Pb的含量以及水稻Cd和Pb的影响,可以看出生物有机肥和生物炭处理对于Cd和Pb污染稻田土壤有较好的修复效果。     

不同原料生物炭的改性及其吸附/钝化Cd(Ⅱ)效果

综述了生物炭原料来源、改性方法、Cd(Ⅱ)吸附机理以及施加生物炭对土壤pH值、C/N和镉形态的影响,提出今后应加强(改性)生物炭修复Cd(Ⅱ)污染土壤的田间实验研究,长期跟踪施加(改性)生物炭后土壤Cd(Ⅱ)形态、土壤养分、微生物群落组成和结构等的变化。     

生物炭对不同镉污染土壤钝化效果和小白菜镉吸收的影响

目前生物炭用量对不同镉污染水平土壤的钝化效果缺乏进一步认识,利用外源添加试验研究了不同土壤镉污染水平、不同生物炭添加量对小白菜镉吸收和土壤镉有效性的影响。结果表明,添加生物炭能降低土壤有效态镉含量和小白菜地上部镉吸收量,且随着生物炭量的增加钝化效果更明显,其中以4%的生物炭添加量的效果最佳,小白菜地上部镉含量降低了55.9%～76.0%。生物炭添加提高土壤pH值,降低了土壤有效态镉含量2.4%～62.3%,其中较低镉水平土壤有效态镉含量降幅高于较高镉水平的土壤。     

接种微生物菌剂对猪粪堆肥的效果研究

研究了接种微生物菌剂对猪粪堆肥的效果。结果表明,添加菌剂堆肥温度第4 d达到50℃,50℃以上持续时间达10 d,第25 d粪大肠菌群值减少到102个/g,种子发芽指数达89%,NH4 -N含量为64.9 mg/kg,C/N下降为18.6∶1,上述指标均达到腐熟要求;对照堆肥温度第7 d达到50℃,50℃以上持续时间为4 d,第25 d粪大肠菌群值为9.6×103个/g,NH4 -N含量为916 mg/kg,C/N为21.0∶1,种子发芽指数为46.5%,均未达到腐熟要求。说明接种微生物菌剂能明显加速堆肥的腐熟进程。     

4种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究

以甘蔗叶、木薯秆、水稻秸秆和蚕沙为原材料,采用限氧热解法在500℃下制备生物炭,通过室内培养实验,研究在不同培养时间(0,15,30,45d)条件下,生物炭施入潮土(Cd浓度5mg/kg)后对土壤基本性质及土壤中镉(Cd)化学形态的影响,探讨了生物炭修复镉污染土壤的可行性。结果表明:添加生物炭后,土壤pH值和阳离子交换量(CEC)随着培养时间的增加而逐渐增加,而土壤有机碳(SOC)含量则呈先增加至最大值而后缓慢降低的趋势,但仍高于对照。同时,生物炭的施入显著降低了土壤中弱酸可提取态Cd和可还原态Cd含量,提高了可氧化态Cd和残渣态Cd含量,且随着培养时间的延长这种转化趋势更为明显。4种生物炭对潮土中Cd钝化效果表现为蚕沙生物炭水稻秸秆生物炭木薯秆生物炭甘蔗叶生物炭。培养结束(45d)时,与对照相比,添加蚕沙生物炭的土壤中弱酸可提取态Cd含量降低了42.07%,可还原态Cd含量降低了35.19%,可氧化态Cd和残渣态Cd含量分别增加了292.59%和339.29%,从而大大降低了Cd的生物有效性,由此可见,生物炭对镉污染土壤的修复是切实可行的。     

不同内源重金属生物炭对Cu和Cd吸附及其对老化作用的响应

为明确老化作用对不同内源污染物生物炭吸附重金属稳定性的影响,该研究以不同污染程度（清洁、中度和重度污染）土壤种植的巨菌草秸秆制备3种不同内源Cu和Cd含量的生物炭RB、SB和JB,分析3种生物炭对Cu2+和Cd2+的吸附能力以及干湿和冻融老化对饱和吸附后生物炭中Cu和Cd的生物有效性的影响。结果表明：3种生物炭表面均分布丰富的孔隙结构,RB含有最高的pH值和灰分含量;生物炭对Cu2+和Cd2+的吸附符合Langmuir模型（R2=0.951～0.998）,且RB对Cu2+和Cd2+的吸附量最大,分别为54.3和37.3 mg/g;与此相同,饱和吸附后RB对Cu2+和Cd2+的固持量最大,分别为21.4和4.78 mg/g。与老化前相比,干湿老化较冻融老化更显著地降低了饱和吸附后生物炭中Cu的TCLP（Toxicity Characteristic Leaching Procedure）浸出含量,促进了Cu从酸溶态和残渣态向还原态和氧化态转化,降低了Cu的环境风险;但是干湿和冻融老化作用增加了饱和吸附后生物炭中Cd的TCLP浸出含量,促进了Cd从残渣态向酸溶态、还原态和氧化态转化,增加了Cd的环境风险。这可能是由于3种生物炭对Cu2+的吸附主要以表面络合为主,对Cd2+的吸附以化学沉淀机制为主。总体上,RB生物炭固持最高的Cu2+和Cd2+,但是干湿和冻融老化增加了饱和吸附后生物炭Cd环境风险,研究结果对于评估生物炭长期钝化修复稳定性具有一定的指导意义。     

花生壳磁性生物炭对颜料污泥厌氧消化及重金属形态的影响

投加外源添加剂磁性生物炭（Magnetic Biochar,MBC）是解决颜料污泥厌氧消化效率低和重金属钝化效率低的有效途径。该研究选取农业废弃物花生壳制备生物炭（Biochar,BC）,而BC对厌氧消化和重金属钝化的影响有限,对其赋磁改性制得MBC以提升影响效果。设置3组厌氧消化批式试验,A组为对照组,B组投加BC,C组投加MBC,探索花生壳MBC对颜料污泥厌氧消化效率及重金属Cr和Ni钝化的影响。结果表明,MBC投加可有效提升消化系统挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids,VFAs）的产量,最高VFAs浓度达914.5 mg/L,较对照组（最高浓度603.9 mg/L）提升51.4%。同时MBC可实现生物炭和Fe3O4的双重直接种间电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）效应的耦合,缓解消化系统的酸化并提高有机物去除率和CH4累积产量。与对照组相比,挥发性固体（Volatile Solid,VS）去除率、累积甲烷产量、平均日甲烷产量和平均日甲烷产率分别提升37.8%、56.3%、56.3%和37.2%。此外,MBC投加可有效降低颜料污泥的重金属生物可利用态分配率和提升钝化效率,与原料相比,Cr的可交换态、可还原态质量占比降低43.6%、61.6%,而可氧化态、残渣态质量占比提升53.2%、243.6%;Ni的可交换态、可还原态质量占比降低41.0%、59.2%,而可氧化态、残渣态质量占比提升65.2%、181.4%。研究结果表明MBC可有效提高颜料污泥厌氧消化效率并降低重金属Cr和Ni的生物利用度,该研究有助于实现颜料污泥的稳定化、无害化、资源化利用。     

4种不同原料生物炭对镉污染土壤的钝化效果与稳定性比较

生物炭的性质与老化作用是影响生物炭钝化修复Cd污染土壤效果的重要因素。比较研究4种不同原料生物炭(污泥类、秸秆类、动禽粪便类和木本类)对Cd²⁺吸附作用和Cd污染土壤的钝化修复效果的差异。结果表明:施用生物炭显著提升土壤孔隙水pH(棕榈丝生物炭除外),降低孔隙水DOC和Cd浓度,从而减少水稻根系对孔隙水中Cd的吸收。同时,4种生物炭提高土壤pH,降低土壤有效态Cd、水稻根系和籽粒Cd含量。老化作用减弱稻秆生物炭的钝化效果,显著增强棕榈丝生物炭对土壤Cd的钝化作用,然而,老化作用对富含灰分的猪粪生物炭和污泥生物炭的影响较小。因此,选择生物炭钝化修复Cd污染稻田土壤时,必须考虑生物炭的原料及其老化作用。     

生物炭和菌剂对羊粪微好氧堆肥腐熟度和温室气体排放的影响

为探究微好氧堆肥方式对羊粪堆肥腐熟度和温室气体排放的影响,该研究以纯羊粪为研究对象,设置对照（CK）、生物炭添加（BC）和VT菌剂添加处理（MC）3个处理,在60 L的敞口发酵罐中进行42 d的堆肥试验,堆肥前14 d微量间歇强制通风,后28 d停止强制通风。结果表明：羊粪微好氧堆肥均能满足种子发芽指数（Germination Index,GI）≥70%、pH值不小于8等腐熟标准,与CK相比,BC和MC处理分别提高27.8%和38.8%的GI,并延长堆肥高温期至10 d以上,满足堆肥无害化和腐熟标准。NH3、CH4和N2O排放集中在前14 d,排放速率主要受温度、腐熟度等理化性质影响,且添加外源功能材料可不同程度减少气体排放量,其中添加生物炭使NH3、CH4和N2O排放量分别减少38.68%、14.26%和31.54%,总温室效应降低31.11%;菌剂添加降低18.41%的NH3排放,增加21.10%的N2O排放,总温室效应增加20.70%。因此,在羊粪微好氧过程,生物炭作为调理剂可促进堆肥腐熟,减少堆肥过程温室气体排放,加速有机质矿化和腐殖化,增加堆肥产品养分含量,为羊粪轻简化堆肥提供数据支撑。     

鸡粪堆肥中氮转化微生物变化特征的初步研究

采用室外人工翻堆好氧堆肥方法,进行了70d的鸡粪、鸡粪添加1%稻草和鸡粪添加3%稻草堆肥试验,采用平板记数法和最大可能记数法(MPN),研究了堆肥过程中氨化细菌、固氮菌、硝化菌和反硝化菌的数量变化规律。结果表明:氨化作用在堆肥初期显著,硝化作用、反硝化作用、硝化细菌和反硝化细菌数量随堆肥时间的推移有上升的趋势;堆肥中存在固氮菌,但数量变化不大。堆肥中氮转化微生物变化特征与堆肥中铵态氮、硝态氮变化规律相一致。     

复合菌剂提高果树枝条堆肥过程中酶活性

为了探讨接种复合菌剂对果树枝条堆肥过程的影响,以猪粪和果树枝条为试验材料,研究了复合菌剂对高温好氧堆肥过程的温度、酶活性及微生物群落功能多样性的影响。结果表明,接种复合菌剂在堆肥前期提高堆肥温度,比对照处理高温期(高于55℃)持续时间多3d,促进堆料的腐熟。接种菌剂还能有效地提高果树枝条堆肥过程中酶活性,纤维素酶、漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性在堆肥过程中分别比CK处理提高15.0%~19.8%、1.0%~11.0%、4.1%~26.8%、4.0%~22.2%。Biolog微平板法测定结果表明,接种复合菌剂显著提高了堆肥中微生物的平均每孔颜色变化率(average well color development),并改变了高温期和降温期微生物对6大类碳源的利用;主成分分析表明,复合菌剂主要在高温期发挥作用,对堆料中微生物起分异作用的碳源主要为糖类和氨基酸类。     

接种菌剂对鸡粪堆肥的影响

将鸡粪与稻草混合均匀后接种芽孢杆菌菌剂,接种发酵菌剂处理发酵温度显著提高,堆体温度≥50℃的时间比对照增加3 d.发酵前期接种处理的pH值高于对照,第7 d接种处理和对照的pH值分别为9.23和8.87.发酵后期接种处理的pH值低于对照,发酵结束时,接种处理和对照的pH值分别为8.22和8.31.接种处理和对照的电导率和碳氮比总体变化趋势相同,都呈现下降趋势,但是接种处理的电导率和碳氮比在堆肥后期显著低于对照.发酵结束时,接种处理和对照的电导率值分别为1.78和2.12 mS/cm,碳氮比分别为14.2和16.9.     

不同辅料生物菌剂堆肥发酵层温度变化

该文研究了添加不同辅料猪粪高温(＞60℃)堆肥发酵层的温度变化规律,结果表明随着堆肥发酵时间不同,堆肥高温层的位置和厚度呈动态变化,有明显的变化规律,即：各辅料处理的堆体高温发酵层出现在离顶部20 cm和离底部20 cm之间,高温发酵层厚度随着发酵期而递增。辅料对猪粪生物堆肥过程高温发酵期开始及其厚度、高温发酵期延续时间有显著影响,从辅料对猪粪高温堆肥发酵层温度变化的影响看,猪粪生物菌剂堆肥生产中选用20%左右砻糠和木屑作为辅料较适宜。     

菌剂对鸡粪堆肥腐殖质含量品质的影响

腐殖质是评价堆肥品质的重要因素,该文利用鸡粪和秸秆为原料进行高温好氧堆肥,设计接种菌剂和不接种菌剂(对照)2个处理,研究菌剂添加对堆肥腐殖质形态、含量、品质的影响。结果表明:与对照相比,接种菌剂可以加快有机物的降解,矿质化时间缩短14d,菌剂具有良好的保碳效果,总有机碳含量提高了16.1%,同时总腐殖酸、游离腐殖酸以及水溶态腐殖酸及胡敏酸的含量,分别提高了38.7%,45.7%、39.0%及54.9%。接种菌剂可以提高腐殖酸的活性,堆肥结束后,接种菌剂处理的游离腐殖酸和水溶性腐殖酸含量均增加,而对照处理的含量均降低;堆肥可以提高腐殖酸质量,堆肥结束后两个处理总腐殖酸含量均下降但是缩合度、腐殖化率、腐殖化指数及胡敏酸百分比均提高,特别是添加菌剂的处理腐殖化程度明显高于对照。说明了菌剂可以增加堆肥腐殖质含量,提高腐殖质缩合度、芳构化程度及活性。     

含磷材料及生物炭对复合重金属污染土壤修复效果与修复机理

选取含磷材料（胛）、牛粪生物炭（DM）和水稻秸秆生物炭（Rs）实施Pb、Zn、Cd复合污染土壤化学稳定修复,进而评价修复效果,并分析影响因素;借助BCR连续提取法和x射线衍射光谱（XRD）探讨可能存在的修复机理。经过56d的化学稳定修复,修复材料均能显著降低TCLP提取态Pb、zn、cd,修复效果均为：Pb〉Zn〉Cd。三种修复材料对Pb、cd的修复效果为Er〉DM〉RS,对zn的修复效果基本相同。胛处理使土壤TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了77．6％、31．5％、27．9％;DM处理使TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了56．0％、26．1％、10．O％;RS处理使TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了35．8％,25．0％和4．4％。三种修复材料均可促进Pb、cd从不稳定态向稳定状态转化。胛对Ph的固定机理主要是溶解一沉淀,XRD证明有Ca2Pb8（PO4）6（OH）2和Pb10（PO4）6（OH）2沉淀生成;DM固定Pb包括沉淀、吸附、离子交换等,XRD证明有Ca2Pb8（PO4）6（OH）2生成;Rs固定Pb主要为吸附、离子交换。研究结果表明,含磷材料和牛粪生物炭可作为理想的土壤Pb、zn、cd的修复材料。     

不同热解温度生物质炭对羊粪堆肥过程氮素损失的减控效果

为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术,以2种不同热解温度制备的稻壳生物质炭为堆肥添加剂,与羊粪、食用菌渣混合,进行了43 d的堆肥试验。设置了3个处理,羊粪与食用菌渣质量比9:1混合体作为预备物料,在预备物料上分别添加450、650℃热解的生物质炭(占预备物料质量百分比15%)为B1、B2处理,在预备物料上添加未热解的稻壳(与生物质炭等体积)为CK处理。监测了堆肥体的温度、NH₃挥发、N₂O排放、p H值等参数变化动态,分析了不同热解温度生物质炭在堆肥中的保氮效果。结果表明,与对照组相比B1、B2处理促进了堆肥初期的温度快速上升,堆肥体初次升温至55℃所需时间分别较CK缩短了2、6 d,B2处理的促升温、增温效应优于B1处理;堆肥43 d后,CK、B1与B2处理的NH₃挥发累积量分别为378.12、117.22、94.16 mg/kg,N₂O排放累积量分别为13.9、26.3、23.6 mg/kg,氮素损失率分别为47.8%、34.1%,30.5%;与对照组相比B1、B2处理增加了堆肥体N     

秸秆对猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度的影响

为促进猪粪静态兼性堆肥产品无害化和腐熟,通过添加玉米秸秆调控堆体物理结构特性和碳氮比,采用传统自然发酵方式进行为期90d的静态兼性堆肥试验,分别设置纯猪粪处理(P)和秸秆调控处理(PC)研究静态兼性堆肥过程腐熟度指标、粪大肠菌群以及微生物群落结构演变特征。结果表明,秸秆调控增加了堆体孔隙率(提高19.41%),促进氧气向堆体内部扩散,增强了好氧微生物对有机质的降解,降低NH₄⁺-N,可溶性有机氮(dissolved total nitrogen, DTN)等植物毒性物质含量,提升了堆肥腐熟度,两组处理堆肥产品种子发芽指数分别为40.84%(P)和114.60%(PC)。静态兼性堆肥经过30～40 d自然发酵后,粪大肠菌群数量达到卫生安全标准,堆体温度、NH₄⁺-N和有机酸含量均会影响粪大肠杆菌的活性。堆体中微生物以厚壁菌门、放线菌门、变形菌门等与木质纤维素降解相关的菌门为优势菌门,堆体自上而下由好氧菌属演替为厌氧菌属,并形成好氧、兼性、厌氧的微生物分层。秸秆调控增加了堆体的好氧区域,促进和提高了猪粪...