重庆市水土流失导致氮磷淋失是水体面源污染的主要来源之一,寻找一种环保、有效的途径解决氮磷污染是环境治理研究的热点。生物炭具有特殊的孔隙结构和较大的比表面积使得它具有良好的吸附特性,可有效的提高土壤的保水保肥能力。园林绿化废弃物可作为生物炭的原料,制炭还田,可实现园林绿化废弃物的无害化、资源化。论文利用园林绿化废弃物(刺桐)制备生物炭,研究热解终温为300°C,400°C,500°C,600°C,700°C和800°C条件下制得的刺桐生物炭理化性质的差异,并探究生物炭对废水中氨氮和磷吸附机理,同时以不同热解终温在不同生物炭添加比例(0%、1%、3%、5%、10%)下与土壤混合分别进行静态吸附实验,此后选取一种热解终温的生物炭进行动态土柱淋溶实验,研究不同生物炭施加量对土壤理化性质及氮磷在土壤中迁移的影响,探究园林绿化废弃物生物炭应用于废水处理和有效固定土壤中氮磷的可行性,以期为园林绿化废弃物的处理、资源化利用提供新途径,同时为减缓该地区农业面源污染提供理论依据。经实验研究,得出如下主要结果与结论:(1)热解温度对生物炭基本性质和结构的影响:随热解温度的升高,生物炭的颜色由棕色加深至深黑色,生物炭的产率和阳离子交换量降低,而电导率、灰分和pH均增大。此外,生物炭氨氮、硝氮和总氮含量也随热解温度的升高总体呈降低趋势。生物炭元素含量随热解温度的升高发生了变化,其中C含量逐渐升高,而N、H、O的含量降低。生物炭的SEM图及比表面积和孔径分析可知,生物炭的比表面积和孔容随热解温度的升高逐渐增多。不同热解温度得到的生物炭对应的平均孔径先增大后减小,且生物炭总体孔径分布在2-50nm之间。(2)生物炭对废水中氨氮和磷吸附结果如下:BC300、BC500、BC700对氨氮的吸附量分别为3.04mg/g、3.13mg/g、3.03mg/g,B500℃、B700℃对磷的吸附量分别为3.21mg/g、3.05mg/g。此外,研究发现,在中性条件下更利于生物炭对氨氮的吸附,碱性条件下更利于生物炭对磷的吸附。(3)生物炭对氨氮和磷在土层中迁移的影响:在长达70d的淋溶过程中,添加生物炭土柱的淋溶液体积累积量均小于空白对照组,且淋溶液的pH和电导率均随生物炭添加量的增多而增大。此外,仅有1%炭土比例条件下,淋溶液中氨氮累积量最低,低于空白组30.7%。与对照组相比,1%、3%、5%和10%生物炭添加量,硝氮淋溶累积量分别减少了27.3%、40.2%、51.7%、61.1%,而总氮淋溶累积量分别减少了28.4%、25.8%、12.5%,-17.3%。对总磷来说,仅有1%炭土比例下,淋溶液中总磷淋溶累积量比空白组(0%)减少了12.9%。(4)生物炭对土壤理化性质的影响:生物炭添加到土壤,能显著地提高土壤pH、电导率、阳离子交换量和有机质,土壤的pH、电导率和阳离子交换量均随着土壤深度的增加而增大。此外,随着土壤深度的增加,土壤中氨氮、硝氮和全磷含量均降低,且总体上由于生物炭的添加,各层土壤氨氮、硝氮和全磷的含量均高于对照组(炭土比=0%),而添加生物炭后,土壤中全氮的含量均低于不加生物炭的对照组。
