农林废弃物田间曝氧水-火联动制炭设备及技术研究

作     者：校亮 袁国栋 毕冬雪 韦婧 沈冠华 Xiao Liang;Yuan Guodong;Bi Dongxue;Wei Jing;Shen Guanhua

作者机构：中国科学院烟台海岸带研究所中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室烟台264003 中国科学院大学北京100049 肇庆学院环境与化学工程学院肇庆526061 广东大众农业科技有限公司东莞523169 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2019年第35卷第11期

页      面：239-244页

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFD0200303) 山东省重点研发计划项目(2016CYJS05A01-1) 国家自然科学基金会青年基金(41501522) 东莞市引进创新科研团队项目(2014607101003)资助 

主　　题：生物质 废弃物 生物炭 水-火联动 曝氧炭化 

摘      要：生物炭具备固碳减排、提升地力、修复污染土壤等功效,但其推广应用面临着成本过高的难题。为降低其生产(设备与场地的运维费用)和使用成本(原料与炭品的运输费用),该文研发田间制炭技术,将生物质就地转化为生物炭。通过水-火联动技术,可在田间曝氧环境下制备得到生物炭。研究表明,原材料特性决定着成炭的操作工艺;其中,竹柳采用单向引燃、槽面喷水控温、通孔喷雾成炭的方式进行,棉秆采用单向引燃与控温、喷水横切炭体、喷雾成炭的方式进行,芦苇采用多位点引燃、槽面和通孔同时控温、逐层分区喷雾成炭的方式进行。采用该技术制备的生物炭表现出了较好的均质性,成炭率在30%左右;同时保存了较多的营养元素,如碳质量分数介于43.49%~60.30%、氮质量分数介于0.52%~0.86%;具有丰富的表面官能团,如羧基含量介于0.98~1.09mol/kg、酚羟基含量介于0.53~0.59mol/kg;具有较大的比表面积,介于16.0~262.2 m^2/g。竹柳、棉秆和芦苇在成炭过程中产生的烟气经尾气处理系统处理后(PM 2.5(56、66、68μg/m^3)、PM 10(100、114、128μg/m^3))均达到排放标准。该文提供的田间制炭技术操作简单、成本低且效率高。实践表明,农民在自家田里可制炭达1 t/(d·人),成本仅需162.5元/t。该文研究结果可为生物炭的推广应用提供参考。