易腐垃圾炭的稳定性及其在土壤环境中的物质迁移研究

作     者：施腾楠 

作者单位：浙江科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：单胜道;张敏

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：易腐垃圾 热解炭化 老化 酸雨淋溶 稳定性 

摘      要：易腐垃圾具有产量大、高含水率、有机高易腐性的特点,带来严重的环境压力和资源浪费,而其作为有机生物质原料,可以通过热解炭化制备成生物质炭,应用于土壤培肥改良。因此,将易腐垃圾炭作为土壤培肥改良材料是实现易腐垃圾高效减量化处理、资源化利用和固碳增汇的有效途径,具有巨大的研究和现实应用价值。明确易腐垃圾炭的理化性质、土壤施用的适宜性,是推进易腐垃圾炭化处理和资源化利用亟需解决的问题。本研究比较了不同炭化温度制备的易腐垃圾炭与植物基炭(山核桃蒲壳炭与玉米秸秆炭)的理化性质差异;通过模拟培养试验和田间试验,研究老化作用对易腐垃圾炭理化性质的影响;通过土柱试验研究酸雨淋溶条件下易腐垃圾炭施用土壤物质的迁移;分析比较了易腐垃圾炭和植物基炭的稳定性特征,探讨其关键影响因子。同时,分析易腐垃圾炭重金属、盐分等有害物质,初步探讨其对土壤环境安全和植物生长的影响。研究结果如下:(1)随着炭化温度的升高,植物基炭的C含量上升,而易腐垃圾炭的C含量对炭化温度的响应较弱,350～650℃炭化温度下,易腐垃圾炭的C含量波动范围为34.13%～35.17%。与植物基炭相比,易腐垃圾炭具有灰分、N含量、pH高的特点,Ca、Si等矿质元素丰富。主成分分析结果表明,灰分是影响生物质炭理化性质和炭化温度响应的关键因子。灰分越高,生物质炭pH与EC值越大,C含量越低,受炭化温度的影响越小。(2)老化过程中,对于低炭化温度制备的生物质炭,原料是影响稳定性的主要因素,灰分含量越高的生物质炭越稳定。高炭化温度制备条件下,生物质炭的稳定性进一步提升。易腐垃圾炭的热稳定性(热重600℃以下)与化学稳定性比植物基生物质炭好。田间入土老化后对易腐垃炭的表面结构和理化性质产生较大影响,C、N含量大幅下降,孔隙大幅增加,增加了比表面积和孔体积。(3)酸雨淋溶作用下,生物质炭土壤施用可有效提高酸性土壤pH和C含量,提高水溶性有机碳(DOC)的溶出,降低水溶性有机氮(DON)的流失,其中易腐垃圾炭对于酸性土壤修复效果最佳。易腐垃圾炭土壤使得土壤容重增加,最大田间持水量(WHC)降低,施用山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭对土壤容重影响较小,增大了最大田间持水量。(4)易腐垃圾炭重金属含量符合肥料的国标限量要求。易腐垃圾炭土壤施用能促进植株生长,对植株产量影响较小。