改性生物炭对猪粪堆肥过程重金属钝化效果研究

为进一步提高猪粪堆肥中重金属钝化效果,以猪粪和玉米秸秆为原料,以未改性处理、NaOH改性处理和FeCl_3改性处理等3种生物炭为钝化剂进行堆肥试验,以未添加生物炭的处理作为对照(CK),研究不同改性生物炭对猪粪堆肥效果及重金属Cu、Zn、Pb形态的影响。试验结果表明:四个处理堆肥高温期维持天数及种子发芽指数达到无害化要求,腐熟堆肥均呈碱性(8.0~9.0),堆肥结束后添加未改性生物炭和NaOH改性生物炭的处理EC值略高于4 mS·cm~(-1),分别为4.06 mS·cm~(-1)和4.04 mS·cm~(-1)。添加生物炭的处理重金属钝化效果均显著高于CK,添加FeCl_3改性生物炭对重金属Cu、Zn、Pb表现出相对较好的钝化能力,钝化效果分别为78.70%、43.53%、66.45%。综合分析,在堆肥过程中添加FeCl_3改性生物炭(添加比例为干物质的24%)更有利于实现堆肥过程中重金属钝化,提升堆肥产品质量。     

生物炭添加对猪粪菌渣堆肥过程中Cu、Zn的钝化作用

为探讨生物炭对猪粪堆肥过程中重金属钝化效果的影响,利用强制通风静态堆肥技术研究不同生物炭添加量对猪粪菌渣好氧堆肥发酵效果及重金属Cu、Zn形态的影响。结果表明:与未添加生物炭堆肥处理相比,添加生物炭处理提高堆肥pH值0.2～0.3个单位,至堆肥结束时提高堆肥含水率15.6%～20.0%。添加生物炭改善了通气条件、pH、含水率等堆肥性质,加速了堆肥进程,其中6%和9%生物炭添加处理高温持续期显著高于未添加生物炭处理。堆肥处理后,猪粪、菌渣等混合物料中交换态Cu、Zn含量分别下降了4.25%～12.06%和2.83%～20.87%;堆肥处理能促进堆肥中Zn、Cu的形态向活性低的方向转化,降低重金属的生物有效性。堆肥物料中适量添加花生壳生物炭可提高对重金属Cu、Zn的钝化作用,其中6%生物炭添加处理对重金属Cu、Zn的钝化效果最好,分别为18.84%和11.55%。适量添加生物炭可加速猪粪菌渣堆肥进程和降低堆肥中Cu、Zn有效性,其中以6%生物炭添加量的钝化效果最好。     

污泥-凹凸棒石共热解生物炭对矿区重金属污染土壤的钝化修复效果研究

通过钝化实验研究了在污泥中添加不同质量比（0、5%、10%、15%、20%、25%、30%）的凹凸棒石后制备的污泥-凹凸棒石共热解生物炭对矿区污染土壤中重金属的控制效应。结果表明：在矿区重金属污染土壤中添加污泥-凹凸棒石共热解生物炭后,土壤pH值随凹凸棒石添加量的增加而呈增加趋势,土壤电导率和阳离子交换量也整体呈现出上升的状态。加入污泥-凹凸棒石共热解生物炭钝化处理后,矿区污染土壤中Cu、Cd、Ni、Zn、Cr的TCLP提取态重金属含量均呈现下降趋势,钝化效率分别为94.71%、95.60%、91.75%、99.03%、96.65%;除Cu的DTPA提取态含量增加了5.93%~24.97%外,Cd、Ni、Zn、Cr的DTPA提取态含量也均有所降低,钝化效率分别为94.32%、94.75%、86.63%、90.02%、92.54%。酸溶态的Cd、Cu、Ni、Zn、Cr也向更加稳定的残渣态转化,其修复效率分别为42.50%、33.87%、57.92%、33.74%、42.36%,重金属的4种形态之和与重金属总量具有良好的一致性,一致率为82%~105%。根据土壤管控标准风险等级,重金属污染土壤钝化处理后,Cd、Cu、Ni、Zn、Cr均保持在低风险水平。Cd、Cu、Ni和Zn的潜在风险指数降低,虽然Cr的潜在风险指数有所升高,但是在所有处理条件下Cr的污染等级均为轻度。研究表明,在污泥中添加凹凸棒石增强了污泥生物炭对重金属的钝化性能。     

添加生物炭对猪粪好氧堆肥的影响

在猪粪好氧堆肥过程中添加污泥生物炭或猪粪生物炭,研究生物炭对堆肥温度、pH、电导率(EC)、营养成分和重金属的影响。结果表明,添加污泥生物炭组的堆体温度在第10 d达到50℃,快于对照组的12 d,但由于高温期停留时间较短,未达到粪便无害化卫生要求(GB 7959—2012);添加猪粪生物炭组的堆体温度在第4 d达到50℃,最高温度达到66.2℃,高于对照组的63.4℃,且能够满足GB 7959—2012。污泥生物炭和猪粪生物炭的加入可以降低堆体可溶性盐的浓度;添加猪粪生物炭可以降低堆体铵态氮的损失,促进速效钾的增加,而污泥生物炭则呈现相反的作用。堆肥后与对照组相比,添加污泥生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别从93.82%和36.78%增至94.44%和41.94%,添加猪粪生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别增至94.27%和60.26%,这说明添加污泥生物炭和猪粪生物炭有利于堆肥产物Cr和Cu的固化。此外,猪粪生物炭的加入还可以降低产物的潜在风险指数。综合分析,与添加污泥生物炭相比,添加猪粪生物炭的堆肥效果更好,可以作为一种良好的堆肥添加剂。     

高温预处理联合生物炭对猪粪堆肥中抗生素消减和重金属钝化的促进作用

堆肥过程中抗生素和重金属等有毒有害物质的阻控是有机肥品质提升和安全利用的重要前提。本研究采用高温预处理联合生物炭堆肥技术,系统分析了猪粪堆肥腐熟效果、抗生素消减规律和重金属钝化作用。结果发现,高温预处理联合生物炭堆肥明显加速了猪粪腐熟进程,腐熟时间最多可缩短13.6 d;腐殖化程度显著提升,腐植酸含量提高13.5%,胡富比提高了0.96倍;高温预处理联合生物炭堆肥可实现抗生素的高效降解,在堆肥14 d后四环素类抗生素去除率达100.0%,28 d后喹诺酮类抗生素去除率达100.0%,磺胺类抗生素去除率达99.0%,比其他处理缩短了14～28 d;高温预处理联合生物炭堆肥可有效钝化猪粪中的重金属,Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As和Ni的钝化率最高分别为53.8%、51.6%、48.3%、35.8%、55.0%、53.8%和58.9%,比其他处理提高0.9～19.4个百分点。研究表明,高温预处理（90℃,4 h）联合生物炭（10%）堆肥可明显加快猪粪的腐熟,有效降低其中典型抗生素含量,并提高重金属的钝化率。     

生物质炭对城市污泥堆肥过程中碳素转化的影响

为促进城市污泥土地化利用,将生物质炭与城市污泥分别以0、3%、5%、10%的比例添加在城市污泥的好氧静态堆肥试验中,研究不同配比下堆肥反应过程中含水率、总有机碳、腐殖质酸、胡敏酸、富里酸含量的动态变化。结果表明:与对照相比,添加生物质炭可有效增加堆肥产品中水分含量,促进堆肥进程。各处理在堆肥末期含水率、总有机碳含量均呈下降趋势,但处理2(生物质炭添加量为5%,稻壳/城市污泥(4∶1)添加量为95%)的含水率较对照高5.8百分点,总有机碳含量较对照高40g·kg~(-1);各处理在堆肥结束期其腐殖质炭含量及胡敏酸炭含量明显增多,增加量由大至小依次为处理2处理3处理1对照。综合各项指标,与其它处理相比,处理2即当生物质炭添加量为5%时,更能促进整个堆肥过程中微生物的活性,更能保证堆肥产品质量。     

生物质炭对城市污泥堆肥过程中氮素转化的影响

为揭示生物质炭在城市污泥堆肥发酵中的应用潜力,提高城市污泥的堆肥效率和堆肥品质,以城市污泥和稻壳为堆肥原料,分别添加0,3%、5%、10%的生物质炭,采用高温好氧堆肥工艺,通过测定堆肥过程中温度、pH及硝态氮、铵态氮及总氮含量等的变化,研究了添加不同比例生物质炭对城市污泥好氧堆肥过程中氮素转化的影响。结果表明:生物质炭的添加可提高堆肥过程中氮的利用率,促进堆肥进程。各处理的堆体发酵中温度达50℃以上时间均保持了7d以上,都达到国家堆肥的无害化标准;添加生物质炭可使城市污泥的好氧发酵期提前;随着堆肥过程的进行,各处理中总氮含量均呈下降趋势,pH呈先上升后下降而后趋势于平稳上的趋势,硝态氮呈先上升后趋势于平缓的趋势,铵态氮和温度都呈先上升后下降趋势,各处理间存在差异,但趋势相同。综合各项指标,与其它处理相比处理2即当生物质炭添加量为5%时,整个堆肥过程表现较好。     

凹凸棒石-污泥共热解生物炭对玉米苗期生长特性和重金属富集效应的影响

利用凹凸棒石和污泥制备7种不同比例(0、5%、10%、15%、20%、25%、30%)的凹凸棒石-污泥共热解生物炭。通过盆栽试验调查凹凸棒石-污泥共热解生物炭对玉米生长和土壤中重金属(Cu、Zn、Pb、Ni、Cd)富集的影响。结果表明:凹凸棒石添加量为15%的凹凸棒石-污泥共热解生物炭显著促进了玉米的出苗率和株高,分别增加了55.87%和24.35%,凹凸棒石添加量为20%时,根长、鲜质量和干质量分别增加了65.57%、79.85%和76.84%。凹凸棒石-污泥共热解生物炭对重金属的富集有显著抑制作用,凹凸棒石添加量为15%时,显著抑制了玉米对Cu、Zn、Ni、Cd的富集,分别减少了55.01%、49.27%、54.87%、41.99%,凹凸棒石添加量为20%时,使重金属Pb的富集量减少了34.01%。凹凸棒石的添加增强了污泥生物炭的钝化功能,为污泥安全利用提供了一种新方法。     

生物质炭在城市污泥好氧堆肥中的研究进展

生物质炭含有丰富的营养元素,具有孔隙发达、吸附性强、比表面积大等特点,为解决近年来城市污泥堆肥处理研究中的热点问题,介绍了生物质炭的基本特性,综述了生物质炭在城市污泥好氧堆肥过程中对堆体基本性质、堆肥效果及产品安全等方面的研究进展,生物质炭能提高城市污泥堆肥效率,降低其堆肥产品中重金属的生物有效性,但在大规模应用前还需要做进一步深入细致的研究。     

花生壳炭对污泥堆肥营养元素和 重金属动态变化的影响

为探索城市污泥无害化利用,于60℃恒温条件下利用花生壳炭和城市污泥、秸秆进行好氧高温堆肥试验。试验设置4个处理,即:CK(不添加花生壳炭)、3个花生壳炭不同添加量处理,分别为CK堆体干基质量的10%(H1)、20%(H2)、30%(H3),监测了堆肥过程中p H值、电导率(EC)、全氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全钾(TK)、速效钾(AK)、以及重金属Cu、Zn全量及其分级形态分配率等相关数据的变化。结果表明,与初始值相比,堆肥结束后CK、H1、H2和H3堆体EC值增长率分别为113.20%、98.98%、89.62%和79.82%; p H值增长率分别为1.13%、4.63%、5.06%和6.51%。试验结束时TN含量损失率分别为18.96%、16.25%、12.51%和12.44%; NH4+-N损失率分别为89.20%、87.11%、84.11%和82.43%; NO3--N损失率分别为45.51%、44.10%、30.01%和19.08%; TP增长率分别为19.72%、42.03%、62.26%和89.99%,AP损失率分别为11.04%、10.69%、9.67%和1.76%。由于花生壳炭中富含大量钾素,堆肥结束后,TK增长率分别为63.59%、81.21%、91.14%和94.05%,AK含量增长率分别为23.21%、11.58%、2.11%和3.21%。30%花生壳炭添加的堆体,Cu的生物可利用态减少比例最大值为9.72%,但对Zn只能降低其活化程度,且只有H3可降低2.03%的生物可利用态锌。说明花生壳炭具有降低堆肥EC值和提高p H值的作用,其凭借自身多孔的特点能够改善堆肥环境,促进堆体养分的吸附固持。同时,花生壳炭的碱性和大量的羧基、羟基等官能团,对降低生物可利用态重金属具有积极作用。     

添加生物质炭对羊粪堆肥腐殖化的影响

为探讨添加生物质炭条件下羊粪堆肥的腐殖化特征,采用静态堆制、高温好氧发酵的方法设置了3个处理,以羊粪与食用菌渣鲜质量比9∶1混合体作为初级物料,在初级物料上分别添加450、650℃热解的稻壳生物质炭（占初级物料干质量百分比15%,BC450、BC650）以及未炭化的稻壳（与生物质炭等体积,CK）,进行43 d的堆肥试验,监测了堆肥体水溶性有机物、总有机碳、可提取腐植酸含量等,分析了堆肥体腐殖化率、胡富比等。结果表明,与CK处理相比,添加生物质炭促进了羊粪与食用菌渣混合堆肥体的无害化及腐熟,其中BC650处理对堆肥腐解的促进作用优于BC450处理,但两者间无显著差异（P>0.05）;堆肥过程中BC450、BC650处理较CK处理减少了水溶性有机物、可提取腐植酸、富里酸、胡敏酸含量,降低了堆肥腐殖化率、腐殖化指数,提高了总有机碳、胡敏素含量,提升了胡富比,堆肥43 d后,BC450、BC650处理的可提取腐植酸含量比CK处理分别降低了29.32%、42.37%,富里酸含量分别降低了38.05%、46.77%,胡敏酸含量分别降低了26.28%、40.83%,但BC450、BC650处理...     

添加沼渣对餐厨垃圾堆肥腐殖化过程的影响

为探讨添加沼渣对餐厨垃圾堆肥腐殖化过程的影响,设计餐厨垃圾∶沼渣的干基比例分别为4∶0 （T1）、3∶1 （T2）和1∶3 （T3）3个处理,以水稻秸秆作为辅料进行条垛式堆肥。通过测定堆体温度、干物质含量、种子发芽指数以及总氮、总有机碳、胡敏酸和富里酸含量,分析堆体的物料降解、腐殖化程度、碳氮损失和堆肥品质等。结果表明：随着沼渣比例的增加,堆肥的有效积温比、腐殖质聚合度、腐殖化指数均上升; 50 d完成堆肥时,T2处理具有最高的干物质降解率（37.16%）、氮含量（23.89 g·kg^-1）和种子发芽指数（90.59%）,并具有较高的有效积温比（63.73%）、腐殖质聚合度（0.84）和腐殖化指数（7.78%）。研究发现,添加沼渣提高了餐厨垃圾堆肥高温期发酵效率,强化了堆肥腐殖化作用,同时也增加了碳、氮损失。     

添加蒙脱石对猪粪好氧堆肥腐熟度和重金属钝化的影响

为进一步提升猪粪堆肥品质,以猪粪和秸秆为原料,以蒙脱石为调理剂进行强制通风好氧堆肥,分析堆肥过程中温度、pH、含水率、电导率、种子发芽指数和重金属形态的变化,研究添加蒙脱石对猪粪堆肥腐熟度和重金属钝化效果的影响。结果表明,添加蒙脱石可提高猪粪好氧堆肥温度,延长高温期,有效促进堆肥腐熟,提升堆肥品质。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,堆肥的种子发芽指数可达92%,堆肥效果最好。添加适量蒙脱石可提高堆肥的重金属钝化效果。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,对可交换态Cu和Zn的钝化效果最佳,分别达到23.7%和17.2%。     

生物炭对好氧发酵水溶性有机物及重金属形态的影响

为探究生物炭对发酵过程理化特性、水溶性有机物（DOM）组分以及重金属形态变化的影响机制,以猪粪和秸秆为原料,添加不同比例生物炭作为钝化材料开展好氧发酵试验。结果表明：发酵结束后生物炭添加量为0、5%、15%和25%处理的腐殖质类物质分别增加了22.69%、24.49%、25.32%和25.45%;各处理对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的钝化效率分别为25.80%~47.00%、16.73%~31.34%、31.81%~57.68%和20.00%~71.47%,均使活性相对较高的吸附态向较为稳定的络合态和沉淀态转化;DOM组分、温度、pH、EC和含水率变化对重金属形态均有较大影响,其中富里酸和胡敏酸对可交换态Cu、Zn、Cd和Pb的影响显著,胡敏酸对重金属的络合起主要作用,pH对促进生物炭与重金属离子交换、共沉淀及重金属配合物的稳定性等具有较大的影响。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中添加生物炭可促进DOM组分中的富里酸向胡敏酸转化,进而提高了腐殖质的稳定性和重金属的钝化效率。     

凹凸棒土添加对结球甘蓝废弃物堆肥腐殖化过程的影响

为明确凹凸棒土的添加对结球甘蓝废弃物堆肥腐殖化的促进效果,以结球甘蓝废弃物和玉米秸秆为原料,分别添加质量分数为0（CK）、2.5%（T1）、5%（T2）、7.5%（T3）的凹凸棒土进行好氧堆肥,探究不同添加量的凹凸棒土对基本理化性质、有机质组分、腐殖化的影响,并结合相关性分析和结构方程模型探讨其影响腐殖化过程的途径。结果显示,凹凸棒土的添加使堆肥高温期延长了1~3 d。与CK相比,T2和T3处理的种子发芽指数分别提高了27.97%和42.06%,有机质降解率分别提高了1.67%和6.92%,腐熟状况更好。此外,与初始状态相比,堆肥结束时CK、T1、T2和T3处理的富里酸（FA）含量分别下降39.88%、42.92%、47.28%和47.68%;胡敏酸（HA）含量分别上升89.08%、129.78%、135.83%和162.50%,使得堆体芳香度增加。相关分析和结构方程表明,凹凸棒土的加入使水溶性有机碳（DOC）与腐殖质组分、前驱体的相关性发生正负转变,显示其通过影响DOC来促进HA的合成,同时还增多了显著影响HA形成的路径,促使氨基酸、还原糖和FA向HA转化,从而提高腐殖化程度。研究表明,凹凸棒土添加量为7.5%时可明显促进结球甘蓝废弃物堆肥腐熟,有效活跃前驱体,并提高腐殖质的芳香性和腐殖化程度。