第 41 卷 第 6 期 何 文 美 饒 可 洲 羅 哲 等 不 同 污 泥 炭 對(duì) 茶 園 土 壤 二 氧 化 碳 排 放 的 影 響 33不 同 污 泥 炭 對(duì) 茶 園 土 壤 二 氧 化 碳 排 放 的 影 響何 文 美 饒 可 洲 羅 哲 李 蕊 荃 鄺 潔 玲 張 其 珈 余 婉 君 金 美 燕 魏 鳳 華 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 化 學(xué) 與 環(huán) 境 學(xué) 院 廣 東 梅 州 514015 摘 要 以 市 政 污 泥 為 原 料 用 不 同 方 式 制 備 污 泥 炭 探 究 污 泥 炭 添 加 到 紅 壤 土 后 二 氧 化 碳 CO 2 排 放 變 化 三 種 干 熱 炭 DC300 DC400 DC500 是 在 300 400 500 下 熱 解 30分 鐘 所 制 三 種 水 熱 炭 HC2h HC6h HC12h 是 在 200 下 水 熱 釜 分 別 反 應(yīng) 2h 6h 12h 茶 園 土 壤 孵 育 實(shí) 驗(yàn) 中 每 種 炭 的 添 加 比 例 為 1 2 和 4 通 過 靜 態(tài) 箱 體 法 測(cè) 定 各 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 的 CO2氣 體 排 放 速 率 計(jì) 算 CO2排 放 通 量 結(jié) 果 表 明 干 熱 炭 的 炭 化 溫 度 越 高 施 加 量 越 低 土 壤 CO2排 放 量 越 少 固 碳 效 果 更 好 水 熱 炭 化 的 時(shí) 間 越 長(zhǎng) 施 加 量 越 低 土 壤 CO2排 放 量 越 少 固 碳 效 果 更 好 水 熱 炭 和 干 熱 炭 相 比 DC500干 熱 炭 的 固 碳 效 果 最 好 關(guān) 鍵 詞 污 泥 炭 茶 園 土 壤 干 熱 水 熱 二 氧 化 碳中 圖 法 分 類 號(hào) X171 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1006 642X 2023 06 0033 060 前 言當(dāng) 前 溫 室 氣 體 過 量 排 放 引 起 的 全 球 變 暖 問 題 已 經(jīng) 成 為 當(dāng) 今 人 類 面 臨 的 主 要 問 題 也 是 全 球 化 時(shí) 代 國(guó) 際 社 會(huì) 急 需 解 決 的 問 題 之 一 NASA 的 衛(wèi) 星 數(shù) 據(jù) 顯 示 自 1985 年 到 2019 年 北 極 冰 蓋 的 覆 蓋 面 積 減 少 了90 進(jìn) 而 導(dǎo) 致 海 平 面 逐 年 升 高 嚴(yán) 重 影 響 人 們 的 生 活 造 成 全 球 變 暖 的 溫 室 氣 體 主 要 為 二 氧 化 碳 CO2 甲 烷 CH4 氧 化 亞 氮 N2O 等 1 中 國(guó) 作 為 受 全 球 變 暖 影 響 最 大 的 國(guó) 家 之 一 于 2019 年 提 出 碳 中 和 作為 應(yīng) 對(duì) 全 球 變 暖 的 重 要 手 段 隨 著 雙 碳 政 策 的 推 進(jìn) 減 少 二 氧 化 碳 和 增 強(qiáng) 固 碳 能 力 是 減 緩 全 球 變 暖 的 主 要措 施 而 土 壤 是 一 個(gè) 巨 大 的 碳 庫(kù) 減 少 土 壤 溫 室 氣 體 特 別 是 二 氧 化 碳 CO2 的 排 放 對(duì) 碳 中 和 具 有 重 要 意義 研 究 表 明 生 物 炭 一 方 面 可 以 封 存 碳 源 同 時(shí) 吸 附 土 壤 原 有 機(jī) 碳 達(dá) 到 固 碳 減 排 效 果 另 一 方 面 可 能對(duì) 土 壤 溫 室 氣 體 的 排 放 有 不 同 程 度 的 抑 制 作 用 進(jìn) 而 達(dá) 到 協(xié) 同 減 排 的 效 果 2 此 外 隨 著 生 活 水 平 不 斷 提 高 人 類 產(chǎn) 生 污 水 量 增 大 從 而 導(dǎo) 致 大 量 污 泥 廢 棄 物 的 產(chǎn) 生 截 止 到 2020年 數(shù) 據(jù) 顯 示 我 國(guó) 污 泥 產(chǎn) 生 量 達(dá) 到 7 288 3 萬 噸 當(dāng) 前 我 國(guó) 污 泥 主 要 處 理 方 式 為 填 埋 會(huì) 造 成 土 地 的 二 次 污染 增 加 二 氧 化 碳 和 甲 烷 等 溫 室 氣 體 排 放 同 時(shí) 影 響 地 下 水 的 水 質(zhì) 因 此 對(duì) 污 泥 進(jìn) 行 資 源 化 利 用 已 經(jīng) 成為 我 國(guó) 急 需 解 決 的 問 題 之 一 目 前 對(duì) 農(nóng) 業(yè) 基 生 物 炭 的 研 究 顯 示 添 加 生 物 炭 對(duì) 溫 室 氣 體 減 排 的 作 用 有 較顯 著 的 作 用 但 對(duì) 于 污 泥 基 制 成 的 生 物 炭 以 及 對(duì) 偏 酸 性 南 方 紅 壤 土 的 固 碳 減 排 缺 乏 相 應(yīng) 的 研 究 根 據(jù) 反 應(yīng) 介 質(zhì) 制 備 溫 度 升 溫 速 率 等 的 制 備 條 件 和 要 求 的 不 同 污 泥 炭 的 性 質(zhì) 和 性 能 可 能 不 盡 相 同 3 本 實(shí) 驗(yàn) 采用 高 溫 熱 解 法 和 水 熱 炭 化 法 制 備 污 泥 基 生 物 炭 并 探 索 不 同 工 藝 制 備 的 污 泥 炭 添 加 到 亞 熱 帶 偏 酸 農(nóng) 業(yè) 土壤 后 對(duì) 二 氧 化 碳 的 排 放 量 的 影 響 為 固 廢 資 源 化 和 溫 室 氣 體 協(xié) 同 減 排 提 供 參 考 數(shù) 據(jù) 1 材 料 與 方 法1 1 主 要 實(shí) 驗(yàn) 材 料收 稿 日 期 2023 07 08基 金 項(xiàng) 目 廣 東 大 學(xué) 生 科 技 創(chuàng) 新 培 育 專 項(xiàng) 資 金 攀 登 計(jì) 劃 項(xiàng) 目 pdjh2022b0488 2023 年 度 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 大 學(xué) 生 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè)訓(xùn) 練 計(jì) 劃 項(xiàng) 目 622A03035 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 科 技 項(xiàng) 目 2021KJZ03 2023KJY11 2023KJY12 作 者 簡(jiǎn) 介 何 文 美 1985 女 廣 東 梅 州 人 講 師 博 士 主 要 研 究 方 向 土 壤 生 態(tài) 學(xué) 溫 室 氣 體 排 放 第 41 卷 第 6 期2023 年 12 月 Vol 41 NO 6Dec 2023嘉 應(yīng) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) JOURNAL OF JIAYING UNIVERSITY Natural Science 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 34 實(shí) 驗(yàn) 用 污 泥 從 梅 州 新 城 水 質(zhì) 凈 化 廠 的 氧 化 溝 采 集 的 半 干 污 泥 約 10 kg 自 然 風(fēng) 干 2 周 以 上 用 木槌 敲 碎 污 泥 至 合 適 的 小 顆 粒 過 20 目 的 不 銹 鋼 分 樣 篩 網(wǎng) 后 再 進(jìn) 行 研 磨 再 過 100 目 的 篩 網(wǎng) 后 備 用 污 泥 本 底值 偏 酸 性 電 導(dǎo) 率 較 高 pH 電 導(dǎo) 率 參 數(shù) 見 表 1 孵 育 實(shí) 驗(yàn) 所 用 的 紅 壤 土 壤 于 2021 年 4 月 于 梅 州 市 平 遠(yuǎn) 縣 東 經(jīng) 115 92 北 緯 24 41 茶 園 采集 經(jīng) 2 周 自 然 風(fēng) 干 后 過 10 目 的 分 樣 篩 備 用 粒 徑 分 析 結(jié) 果 顯 示 該 茶 園 土 含 砂 量 為 47 0 粘 土 含 量30 6 粉 粒 為 22 4 屬 于 偏 酸 性 砂 質(zhì) 粘 壤 土 1 2 污 泥 炭 的 制 備1 2 1 干 熱 炭 Dry pyrolysis char 制 備將 過 篩 污 泥 裝 入 在 坩 堝 中 置 于 箱 式 電 阻 爐 SX 2 10 12 沈 陽(yáng) 市 節(jié) 能 電 爐 廠 中 分 別 在 溫 度 為300 400 和 500 的 條 件 下 各 燒 30 min 后 制 得 三 種 不 同 溫 度 炭 化 的 干 熱 污 泥 炭 將 300 400 和 500 燒 制 的 干 熱 炭 分 別 標(biāo) 記 為 DC300 DC400 DC500 樣 品 的 PH 電 導(dǎo) 率 和 可 溶 解 性 總 碳 TOC 參 數(shù) 見 表 1 1 2 2 水 熱 炭 Hydrothermal char 制 備將 水 和 污 泥 以 10 1 的 比 例 混 合 投 入 水 熱 反 應(yīng) 釜 中 放 入 烘 箱 DHG 9 070 C 杭 州 藍(lán) 天 化 驗(yàn) 儀 器 廠 并 設(shè) 置 溫 度 為 200 分 別 加 熱 2 h 6 h 12 h 加 熱 時(shí) 間 結(jié) 束 后 冷 卻 至 室 溫 將 污 泥 炭 分 別 用 真 空 泵 抽濾 裝 置 進(jìn) 行 抽 濾 然 后 放 入 全 自 動(dòng) 電 腦 干 燥 箱 中 烘 干 即 得 到 2 h 6 h 和 12 h 水 熱 污 泥 炭 分 別 標(biāo) 記 為HC2 h HC6 h HC12 h 表 1 表 1 污 泥 茶 園 土 和 污 泥 炭 的 pH EC 和 TOC樣 品 pH EC us cm 1 TOC mg g 1污 泥 5 74 0 04 3 363 107 81 9 96茶 園 土 4 85 0 08 132 32 00 0 24DC300 5 49 0 07 1 633 17 38 6 36DC400 5 12 0 07 1 905 44 50 2 56DC500 5 16 0 04 2 113 71 34 0 38HC2h 5 85 0 03 824 15 86 8 28HC6h 5 66 0 02 310 7 85 4 38HC12h 5 63 0 03 572 28 12 6 211 3 土 壤 添 加 污 泥 炭 設(shè) 置土 壤 添 加 污 泥 炭 的 孵 育 實(shí) 驗(yàn) 從 2021 年 9 月 開 始 土 壤 和 炭 的 混 合 步 驟 為 取 350 g 茶 園 土 分 別 加 入 3 5 g 7 g 14 g 的 污 泥 炭 后 充 分 混 勻 使 炭 在 土 壤 中 的 重 量 添 加 比 例 為 1 2 和 4 分 別 取 100 g混 合 土 壤 置 于 250 ml 的 玻 璃 瓶 中 加 入 28 ml 超 純 水 使 土 壤 保 持 含 水 率 28 左 右 同 時(shí) 設(shè) 置 三 個(gè) 只 有 茶園 土 的 空 白 對(duì) 照 組 并 將 1 2 4 污 泥 與 茶 園 土 混 合 設(shè) 置 污 泥 對(duì) 照 組 每 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 組 都 設(shè) 置 三 個(gè) 平行 將 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 放 置 在 室 內(nèi) 無 陽(yáng) 光 照 射 的 平 臺(tái) 上 開 蓋 孵 育 培 養(yǎng) 每 隔 7 10 天 添 加 2 3 ml 水 使 土 壤 含水 率 維 持 在 25 28 試 驗(yàn) 期 間 室 內(nèi) 溫 度 為 8 37 1 4 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 量1 4 1 土 壤 pH EC 和 TOC 測(cè) 定將 水 和 混 合 炭 的 土 壤 以 5 1 的 比 例 混 合 放 入 燒 杯 中 用 校 準(zhǔn) 后 的 pH 計(jì) a AB23PH 奧 豪 斯 OHAUS 與 電 導(dǎo) 儀 DDSJ 318 INESA 分 別 進(jìn) 行 測(cè) 定 每 個(gè) 土 樣 進(jìn) 行 3 次 平 行 測(cè) 定 TOC 用 常 溫 提 取 法 轉(zhuǎn) 速 150rmp震 蕩 24 s 后 過 濾 取 上 清 用 70C L 總 有 機(jī) 碳 分 析 儀 pH CN200 島 津 測(cè) 定 第 41 卷 第 6 期 何 文 美 饒 可 洲 羅 哲 等 不 同 污 泥 炭 對(duì) 茶 園 土 壤 二 氧 化 碳 排 放 的 影 響 351 4 2 氣 體 樣 品 的 采 集用 橡 膠 塞 將 250 ml 玻 璃 瓶 密 封 30 min 后 在 膠 塞 上 的 取 樣 口 插 入 采 氣 注 射 器 先 將 瓶 內(nèi) 空 氣 混 勻 三次 的 再 打 開 氣 壓 平 衡 閥 開 始 抽 氣 采 樣 采 氣 過 程 控 制 在 10 s 內(nèi) 并 停 留 6 s 后 采 集 氣 體 體 積 為 10 ml 設(shè) 置3 個(gè) 空 瓶 加 入 100 ml 去 離 子 水 按 照 上 述 步 驟 采 取 大 氣 本 底 值 樣 品 1 4 3 二 氧 化 碳 測(cè) 定實(shí) 驗(yàn) 所 用 GC9790 氣 相 色 譜 儀 配 備 雙 FID TCD 三 檢 測(cè) 器 雙 色 譜 柱 雙 進(jìn) 樣 系 統(tǒng) 氣 體 凈 化 器 轉(zhuǎn) 化 爐 色 譜 填 充 柱 為 填 充 色 譜 柱 TDX 502 2m 3 mm 采 用 的 是 恒 定 的 流 量 模 式 載 氣 為 氮 氣 氮 氣流 量 為 80 ml 分 鐘 柱 箱 設(shè) 定 溫 度 為 50 配 置 柱 箱 最 高 溫 度 為 400 TCD 檢 測(cè) 器 溫 度 為 220 熱 導(dǎo) 池 溫 度 為 220 輔 助 爐 溫 度 為 360 設(shè) 定 平 衡 時(shí) 間 為 4 min 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 體 采 用 由 二 氧 化 碳 1003 4 ppm 甲 烷 200 6 ppm 氧 化 亞 氮 5 01 ppm 組 成 的 混 合 氣 體 制 作 標(biāo) 準(zhǔn) 曲 線 設(shè) 定 與 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 體 相 同 的 色 譜 條 件 在 氣 相 色 譜 儀 基 線 穩(wěn) 定 后 按 順 序 將 抽 取 的 10 ml 樣 品 在 平 衡 時(shí) 間 為 4 min 的 條 件 下 一 次 性 注 入 檢測(cè) 器 中 等 待 氣 相 色 譜 儀 測(cè) 定 記 錄 保 留 時(shí) 間 與 峰 面 積 CO2 排 放 通 量 計(jì) 算 公 式 4 為 F V A dcdt 273T F CO2 排 放 通 量 單 位 是 mg m 2 h 1 標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) 下 CO2 密 度 取 值 為 1 831 46 mg m 3 V 密 封 瓶 內(nèi) 有 效 體 積 單 位 是 m3 A 玻 璃 瓶 內(nèi) 覆 蓋 的土 壤 面 積 單 位 為 m2 dtdc 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 玻 璃 瓶 內(nèi) CO2濃 度 變 化 單 位 為 L L 1 h 1 CO2 T 玻 璃 瓶?jī)?nèi) 溫 度 單 位 為 K 2 結(jié) 果 與 討 論2 1 土 壤 pH 和 EC 變 化由 表 2 可 知 干 熱 炭 添 加 組 中 DC300 DC400 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 的 pH 介 于 污 泥 和 茶 園 土 之 間 見 表 1 添 加 量 為 1 時(shí) DC300 DC400 DC500 組 中 土 壤 pH 先 降 后 升 與 干 熱 炭 本 身 的 pH 值 的 變 化趨 勢(shì) 一 致 添 加 量 為 2 和 4 時(shí) 土 壤 pH 變 化 亦 是 如 此 但 是 與 炭 添 加 量 變 化 無 顯 著 相 關(guān) 說 明 土 壤 添加 污 泥 炭 后 盡 管 土 壤 pH 隨 著 炭 自 身 的 pH 變 化 但 是 未 隨 著 添 加 量 的 增 加 而 減 小 土 壤 酸 堿 度 主 要 受本 底 值 的 影 響 見 表 1 盡 管 污 泥 pH 比 干 熱 炭 略 高 但 污 泥 添 加 組 與 DC300 DC400 DC500 添 加 組 的土 壤 pH 差 異 不 顯 著 也 說 明 土 壤 酸 堿 度 主 要 受 本 底 值 的 影 響 本 實(shí) 驗(yàn) 中 污 泥 炭 化 時(shí) 間 過 短 和 溫 度 不 高 導(dǎo) 致 污 泥 內(nèi) 有 機(jī) 物 質(zhì) 分 解 成 有 機(jī) 酸 5 導(dǎo) 致 干 熱 炭 pH 更 接 近 土 壤 本 底 值 添 加 后 對(duì) 土 壤 酸 堿 度 的 影 響 較小 因 此 實(shí) 際 應(yīng) 用 時(shí) 需 增 加 污 泥 的 炭 化 溫 度 和 時(shí) 間 以 保 證 提 高 偏 酸 土 壤 酸 堿 度 的 效 果 6 與 干 熱 炭 相 比 水熱 法 制 作 的 污 泥 炭 的 pH 有 明 顯 提 高 見 表 1 這 可 能 是 水 熱 反 應(yīng) 促 進(jìn) 了 污 泥 中 的 有 機(jī) 質(zhì) 的 分 解 及 脫水 反 應(yīng) 7 并 且 一 部 分 產(chǎn) 生 有 機(jī) 酸 溶 解 在 過 濾 液 中 并 被 舍 棄 水 熱 炭 加 入 到 茶 園 土 后 HC2 h HC6 h HC12 h 添 加 組 的 土 壤 pH 呈 現(xiàn) 逐 漸 上 升 的 趨 勢(shì) 高 于 水 熱 炭 本 身 和 污 泥 組 土 壤 的 pH 值 甚 至 隨 著 水 熱 炭添 加 量 的 增 加 而 pH 進(jìn) 一 步 增 高 其 中 HC12 h 添 加 4 組 的 土 壤 pH 達(dá) 到 6 6 長(zhǎng) 時(shí) 間 水 熱 炭 化 的 污 泥 炭 可能 與 偏 酸 性 紅 壤 土 產(chǎn) 生 反 應(yīng) 提 高 酸 性 紅 壤 土 的 酸 堿 度 但 是 目 前 對(duì) 水 熱 炭 的 研 究 較 少 其 對(duì) 土 壤 pH 的 影響 機(jī) 制 尚 不 清 楚 盡 管 污 泥 本 身 的 電 導(dǎo) 率 高 于 干 熱 和 水 熱 污 泥 炭 見 表 1 但 是 添 加 到 茶 園 圖 壤 中 除 了 DC400 添加 量 為 4 的 實(shí) 驗(yàn) 組 其 余 污 泥 干 熱 炭 和 水 熱 炭 實(shí) 驗(yàn) 組 的 土 壤 電 導(dǎo) 率 都 低 于 未 添 加 炭 的 茶 園 土 空 白 組 說 明 污 泥 和 炭 加 入 到 土 壤 后 會(huì) 降 低 土 壤 電 導(dǎo) 率 可 能 是 污 泥 和 炭 與 土 壤 礦 物 質(zhì) 結(jié) 合 減 少 了 導(dǎo) 電 粒 子的 溶 出 干 熱 炭 和 水 熱 炭 添 加 后 土 壤 電 導(dǎo) 率 與 炭 自 身 電 導(dǎo) 率 變 化 趨 勢(shì) 相 同 并 隨 著 添 加 量 的 提 高 而 增 加 說 明 土 壤 電 導(dǎo) 率 受 到 炭 的 顯 著 影 響 DC300 實(shí) 驗(yàn) 組 的 電 導(dǎo) 率 與 污 泥 實(shí) 驗(yàn) 組 的 相 比 差 異 不 顯 著 而 DC400 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 電 導(dǎo) 率 明 顯 高 于 污 泥 實(shí) 驗(yàn) 組 說 明 炭 化 溫 度 的 升 高 可 以 使 污 泥 炭 中 離 子 含 量 升 高 提 高 電 導(dǎo) 率 8 水 熱 炭 電 導(dǎo) 率 顯 著 低 于 干 熱 炭 添 加 后 實(shí) 驗(yàn) 組 的 土 壤 電 導(dǎo) 率 也 隨 之 變 這 可 能 是 因 為 水 熱 法使 導(dǎo) 電 粒 子 溶 出 并 在 過 濾 時(shí) 被 拋 棄 9 但 是 并 不 隨 著 水 熱 時(shí) 間 延 長(zhǎng) 而 增 加 電 導(dǎo) 率 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 36 表 2 各 個(gè) 添 加 碳 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 的 pH 和 EC 結(jié) 果pH EC us cm炭 污 泥 1 2 4 1 2 4 DC300 4 78 0 05 4 91 0 08 5 09 0 09 13 67 8 58 6 99 0 65 10 26 0 73 DC400 4 43 0 07 4 47 0 11 4 37 0 02 101 95 2 00 134 07 12 00 199 70 1 00 DC500 5 17 0 18 4 74 0 07 4 68 0 07 68 20 3 82 79 57 11 98 123 07 6 30 HC2h 4 79 0 06 5 00 0 05 5 20 0 07 31 70 0 20 41 70 1 76 51 00 0 98 HC6h 5 43 0 07 5 67 0 08 5 92 0 07 27 87 0 75 29 37 1 27 33 80 2 01 HC12h 6 15 0 06 6 37 0 05 6 60 0 09 24 67 1 23 37 03 2 25 64 50 14 63 污 泥 4 87 0 03 4 82 0 10 4 87 0 03 7 20 1 11 9 21 0 52 15 25 1 35 2 2 干 熱 炭 添 加 后 二 氧 化 碳 排 放 變 化影 響 二 氧 化 碳 排 放 的 因 素 主 要 是 土 壤 活 性 有 機(jī) 碳 發(fā) 生 共 礦 化 分 解 轉(zhuǎn) 移 和 土 壤 中 微 生 物 的 代 謝 活 動(dòng) 10 由 圖 1 a 可 知 污 泥 直 接 添 加 到 茶 園 土 中 會(huì) 導(dǎo) 致 二 氧 化 碳 的 排 放 量 大 大 增 加 且 隨 著 污 泥 施 加 量 增 加 二氧 化 碳 的 排 放 量 越 大 可 能 是 由 于 污 泥 中 含 有 較 多 的 可 溶 解 性 碳 表 1 和 大 量 的 微 生 物 導(dǎo) 致 微 生 物 呼吸 代 謝 活 躍 二 氧 化 碳 排 放 增 加 隨 著 培 養(yǎng) 時(shí) 間 的 延 長(zhǎng) 可 利 用 的 碳 含 量 減 少 二 氧 化 碳 排 放 減 少 并 趨 于平 穩(wěn) 圖 1 污 泥 a DC300 b DC400 c DC500 d 實(shí) 驗(yàn) 組 的 二 氧 化 碳 排 放 通 量 變 化 a b c d 第 41 卷 第 6 期 何 文 美 饒 可 洲 羅 哲 等 不 同 污 泥 炭 對(duì) 茶 園 土 壤 二 氧 化 碳 排 放 的 影 響 37由 圖 1 b 可 知 DC300 添 加 到 茶 園 土 中 培 養(yǎng) 時(shí) 二 氧 化 碳 的 排 放 量 隨 DC300 施 加 量 增 加 而 增 加 在 添加 炭 5 天 后 污 泥 實(shí) 驗(yàn) 組 相 比 DC300 實(shí) 驗(yàn) 高 出 200 300 單 位 的 二 氧 化 碳 排 放 量 可 能 是 因 為 炭 化 溫 度 為300 時(shí) 污 泥 中 的 大 分 子 有 機(jī) 質(zhì) 被 大 量 分 解 為 小 分 子 但 是 溫 度 不 夠 高 時(shí) 間 不 夠 長(zhǎng) 揮 發(fā) 分 大 量 仍留 在 炭 中 給 微 生 物 提 供 了 充 足 的 可 分 解 性 小 分 子 碳 源 使 微 生 物 代 謝 更 活 躍 增 加 了 二 氧 化 碳 的 排 放量 10 隨 著 孵 育 時(shí) 間 的 增 加 在 10 天 后 的 1 炭 濃 度 組 和 在 20 天 后 2 組 DC300 實(shí) 驗(yàn) 組 的 二 氧 化 碳 排 放明 顯 低 于 同 濃 度 的 污 泥 組 但 是 添 加 4 炭 的 組 的 二 氧 化 碳 排 放 高 于 污 泥 組 這 說 明 污 泥 炭 添 加 濃 度 高 于2 時(shí) 土 壤 中 可 利 用 的 碳 含 量 也 高 排 放 二 氧 化 碳 量 多 由 圖 1 c 和 d 可 知 DC400 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 相 同 的 培 養(yǎng) 時(shí) 間 和 添 加 濃 度 下 二 氧 化 碳 排 放 量 都 明 顯 低于 污 泥 和 DC300 實(shí) 驗(yàn) 組 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 的 二 氧 化 碳 的 排 放 量 最 低 說 明 隨 著 炭 化 溫 度 的 升 高 微 生 物 可 利用 的 有 機(jī) 碳 量 越 少 越 有 利 于 污 泥 中 碳 的 固 定 固 碳 效 果 越 明 顯 在 孵 育 28 天 后 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 的 二 氧 化 碳 排 放 量 與 原 茶 園 土 的 值 基 本 相 同 顯 著 低 于 污 泥 DC300 DC400 實(shí) 驗(yàn) 也 說 明 隨 著 熱 解 溫 度 的 升 高 有利 于 土 壤 固 碳 減 排 11 此 外 DC400 DC500 實(shí) 驗(yàn) 組 的 二 氧 化 碳 排 放 量 分 別 在 第 44 天 和 21 天 有 少 量 增 加 可 能 是 因 為 這 兩 個(gè) 干 熱 炭 中 的 碳 還 不 夠 穩(wěn) 定 污 泥 的 炭 化 溫 度 和 加 熱 時(shí) 間 應(yīng) 進(jìn) 一 步 探 索 研 究 2 3 水 熱 炭 添 加 后 二 氧 化 碳 排 放 變 化由 圖 2 a 可 知 土 壤 二 氧 化 碳 的 排 放 量 隨 HC2 h 施 加 量 的 增 加 而 增 加 在 添 加 炭 10 天 后 HC2 h 1 實(shí) 驗(yàn) 二 氧 化 碳 排 放 量 低 于 污 泥 實(shí) 驗(yàn) 但 HC2 h 添 加 量 2 4 實(shí) 驗(yàn) 在 24 天 后 二 氧 化 碳 排 放 量 才 低 于污 泥 實(shí) 驗(yàn) 可 能 是 因 為 水 熱 炭 化 溫 度 不 高 且 水 熱 時(shí) 間 太 短 污 泥 中 的 有 機(jī) 質(zhì) 被 分 解 為 小 分 子 留 在 炭 中 給 微 生 物 代 謝 活 動(dòng) 提 供 了 充 足 的 碳 源 隨 施 加 量 增 加 水 熱 炭 提 供 的 碳 源 越 多 有 機(jī) 碳 被 消 耗 越 多 二 氧 化碳 的 排 放 量 越 大 由 圖 2 b 和 c 可 知 HC6 h 和 HC12 h 實(shí) 驗(yàn) 與 HC2 h 實(shí) 驗(yàn) 一 樣 二 氧 化 碳 的 排 放 量 都 隨 炭施 加 量 增 加 而 增 加 12 當(dāng) 培 養(yǎng) 10 天 后 HC2 h HC4 h HC6 h 實(shí) 驗(yàn) 二 氧 化 碳 排 放 量 均 下 降 添 加 量 1 的HC2 h HC6 h HC12 h 實(shí) 驗(yàn) 組 中 二 氧 化 碳 排 放 通 量 低 于 1 污 泥 添 加 組 HC6 h HC12 h 實(shí) 驗(yàn) 組 與 茶園 土 無 差 異 培 養(yǎng) 20 天 后 HC2 h HC6 h HC12 h 實(shí) 驗(yàn) 組 土 壤 二 氧 化 碳 排 放 量 均 大 幅 減 少 除 了 4 實(shí) 驗(yàn)組 二 氧 化 碳 排 放 通 量 基 本 與 茶 園 土 排 放 通 量 相 當(dāng) 培 養(yǎng) 38 天 后 各 組 二 氧 化 碳 排 放 趨 于 穩(wěn) 定 且 與 茶 園組 基 本 相 同 但 HC12 h 4 組 的 二 氧 化 碳 排 放 量 與 污 泥 排 放 量 相 似 仍 高 于 茶 園 組 說 明 添 加 量 超 過 4 時(shí) 會(huì) 增 加 土 壤 長(zhǎng) 期 二 氧 化 碳 排 放 13 圖 2 水 熱 炭 HC2h a HC6h b HC12h c 實(shí) 驗(yàn) 組 二 氧 化 碳 排 放 通 量 變 化3 結(jié) 論本 實(shí) 驗(yàn) 得 出 的 主 要 結(jié) 論 有 1 污 泥 通 過 制 成 污 泥 炭 后 可 溶 性 TOC 的 含 量 都 減 低 了 且 干 熱 炭 TOC 含 量 隨 著 炭 化 溫 度 的 升 高逐 漸 降 低 說 明 固 定 在 炭 內(nèi) 的 有 機(jī) 物 越 多 減 排 潛 能 越 大 水 熱 炭 化 時(shí) 4 h 后 TOC 溶 出 較 少 但 比 干 熱炭 DC400 和 DC500 的 高 說 明 干 熱 法 比 水 熱 法 有 利 于 石 炭 的 固 定 a b c 嘉 應(yīng) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 38 2 茶 園 土 施 加 DC500 較 施 加 其 他 低 溫 干 熱 炭 后 pH 和 電 導(dǎo) 較 高 有 利 于 微 生 物 代 謝 但 水 處 理 廠 的污 泥 有 機(jī) 酸 含 量 過 高 炭 化 溫 度 不 足 導(dǎo) 致 污 泥 內(nèi) 有 機(jī) 物 質(zhì) 分 解 不 充 分 因 此 炭 化 溫 度 和 時(shí) 間 仍 需 進(jìn) 一 步 提 高 3 干 熱 炭 的 炭 化 的 溫 度 越 高 水 熱 炭 化 的 時(shí) 間 越 長(zhǎng) 土 壤 CO2排 放 量 越 少 且 施 加 量 不 易 過 高 減 排 固 碳 效 果 更 好 對(duì) 比 水 熱 炭 和 干 熱 炭 干 熱 炭 的 固 碳 效 果 好 且 DC500 在 茶 園 紅 壤 土 的 固 碳 效 果 最 好 參 考 文 獻(xiàn) 1 高 鳳 玲 崔 國(guó) 民 黃 曉 璜 CO 2的 溫 室 效 應(yīng) 飽 和 度 分 析 及 其 大 氣 體 積 分 數(shù) 預(yù) 測(cè) 模 型 J 上 海 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2017 39 4 323 328 2 江 明 華 程 建 中 李 心 清 等 生 物 炭 對(duì) 農(nóng) 田 土 壤 CO2排 放 的 影 響 研 究 進(jìn) 展 J 地 球 與 環(huán) 境 2021 49 6 726 736 3 張 萌 馮 丹 祁 寶 川 等 城 市 污 泥 生 物 炭 的 制 備 及 應(yīng) 用 研 究 進(jìn) 展 J 廣 州 化 工 2022 50 21 27 29 4 李 丹 丹 何 昊 潘 非 凡 楊 書 運(yùn) 優(yōu) 化 減 氮 與 施 用 生 物 炭 對(duì) 雙 季 稻 土 壤 溫 室 氣 體 排 放 及 產(chǎn) 量 的 影 響 J OL 農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué)報(bào) 1 14 2023 05 11 5 程 國(guó) 淡 黃 青 張 凱 松 熱 解 溫 度 和 時(shí) 間 對(duì) 生 物 干 化 污 泥 生 物 炭 性 質(zhì) 的 影 響 J 環(huán) 境 工 程 學(xué) 報(bào) 2013 7 3 1133 1138 6 汪 佳 玥 凌 茜 張 雲(yún) 豪 等 生 物 炭 制 備 方 法 及 其 在 環(huán) 境 污 染 治 理 中 的 應(yīng) 用 研 究 J 南 通 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 2022 21 4 1 14 7 許 思 涵 王 敏 艷 張 進(jìn) 等 反 應(yīng) 時(shí) 間 對(duì) 污 泥 水 熱 炭 特 性 及 重 金 屬 生 態(tài) 風(fēng) 險(xiǎn) 的 影 響 J 環(huán) 境 污 染 與 防 治 2021 43 3 283 288 294 8 熊 國(guó) 華 鉀 與 尿 素 和 有 機(jī) 肥 配 施 對(duì) 菜 園 土 壤 環(huán) 境 質(zhì) 量 及 蔬 菜 品 質(zhì) 的 影 響 D 杭 州 浙 江 大 學(xué) 2004 9 許 勁 范 準(zhǔn) 呂 秋 穎 等 山 地 城 市 污 泥 水 熱 炭 化 產(chǎn) 物 特 性 研 究 J 中 國(guó) 給 水 排 水 2020 36 21 21 27 34 10 李 詩(shī) 周 鳳 玨 生 物 炭 對(duì) 農(nóng) 田 固 碳 減 排 及 提 高 作 物 產(chǎn) 量 的 研 究 進(jìn) 展 J 鄉(xiāng) 村 科 技 2022 13 22 154 158 11 徐 敏 伍 鈞 張 小 洪 等 生 物 炭 施 用 的 固 碳 減 排 潛 力 及 農(nóng) 田 效 應(yīng) J 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 2018 38 2 393 404 12 程 虎 張 佳 鵬 宋 洋 等 水 熱 炭 在 土 壤 環(huán) 境 中 的 應(yīng) 用 研 究 進(jìn) 展 和 展 望 J 環(huán) 境 工 程 技 術(shù) 學(xué) 報(bào) 2021 11 6 1202 1209 13 許 思 涵 王 敏 艷 張 進(jìn) 等 反 應(yīng) 時(shí) 間 對(duì) 污 泥 水 熱 炭 特 性 及 重 金 屬 生 態(tài) 風(fēng) 險(xiǎn) 的 影 響 J 環(huán) 境 污 染 與 防 治 2021 43 3 283 288 294 責(zé) 任 編 輯 陳 先 軍The Effects of Applying Different Sewage Sludge Chars on Carbon Dioxide Emission inLaterite SoilHE Wen mei RAO Ke zhou LUO Zhe LI Rui quan KUANG Jie ling ZHANG Qi jia YU Wan jun JIN Mei yan WEI Feng hua School of Chemistry and Environment Jiaying University Meizhou 514015 China Abstract The sludge from municipal wastewater treatment plant was used as raw material to prepare sludge char in differentprocessestoremediatethecarbondioxide CO2 emissioninthelateritesoil Threekindsofdrypyrolysischar DC300 DC400andDC500 aremadebypyrolyzingfor30minutesat300 400 and500 anotherthreekindsofhydrothermalchar HC2h HC6hand HC12h were reacted at 200 for 2 hours 6 hours and 12 hours respectively The addition ratio of each charcoal in soilincubation experiments was 1 2 and 4 The CO2 gas emission rate was detected by static box method in the experimentalgroup to calculate the CO2 emission flux The results show that the higher thecarbonization temperature of dry pyrolysis char thelower the application amount the less the soil CO 2 emission and the better the carbon sequestration effect The longer the time ofhydrothermal carbonization the lower the application amount the less the soil CO2 emissions and the better the effect of carbonfixation Comparetothehydrothermalchar thedrypyrolysischarofDC500hasthebestcarbonfixationeffectinthelateritesoil K ey words sludgechar Laterite drypyrolysis hydrothermal carbondioxide