竹炭技术在农业面源污染控制中的应用研究
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竹炭可行性研究报告范文一、引言随着人们环保意识的日益增强,对替代传统煤炭的清洁能源的需求也在不断增加。
竹炭作为一种新型的清洁能源,在近年来逐渐受到人们的重视。
作为一种可再生资源,竹子生长快、释放大量氧气、吸收大量二氧化碳,而制成竹炭后不仅燃烧无烟无味,还具有吸附除臭、净化空气的功能。
因此,竹炭在替代传统煤炭上具有很大的潜力。
本报告旨在对竹炭的可行性进行研究,找出竹炭在替代煤炭领域的发展前景。
二、竹炭制备技术竹炭主要制备工艺包括竹材采集、炭化、破碎、成型等步骤。
竹炭的制备工艺一般如下:1. 竹材采集:选择生长周期在3年以上的竹子,优选竹子表皮光滑的、无病虫害的竹子。
将竹子采集回来,去掉竹子表皮及内部的茬,留下竹杆心部。
2. 炭化:将竹杆心部放入炭化炉中,在无氧条件下进行炭化处理。
炭化温度一般为600℃-900℃,持续时间根据不同要求可调整。
3. 破碎:将炭化后的竹杆心部进行破碎处理,制成适合成型的颗粒。
4. 成型:将破碎后的竹炭颗粒通过成型机进行成型,成型后的产品可以是颗粒状、块状、粒状等形态。
竹炭制备技术较为简单,且成本低廉,可以在较小规模的生产装备下完成,适合小型企业进行制备。
三、竹炭的应用领域1. 替代煤炭:竹炭燃烧时不会产生大量的烟尘,是一种绿色清洁的燃料,可用于取暖、烹饪等领域替代传统的煤炭。
2. 空气净化:竹炭具有较强的吸附能力,可以吸附房间内的有害气体,净化空气,保持室内空气清新。
3. 土壤改良:竹炭还可以作为土壤改良剂使用,提高土壤肥力、促进植物生长。
4. 医疗保健:竹炭具有良好的除臭、吸湿性能,可以用于制备竹炭枕头、竹炭床垫等医疗保健用品。
竹炭作为一种多功能性的清洁能源,具有广泛的应用领域,有望在多个领域取得突破。
四、竹炭市场前景1. 国内市场:随着人们环保意识的增强,对绿色清洁能源的需求不断增加,竹炭作为一种新型清洁能源受到人们的青睐。
目前国内竹炭市场还处于初级阶段,市场规模较小,但有望随着人们环保意识的不断提高而快速扩大。
竹炭对废水及土壤中镉、氟的吸附及形态影响研究竹炭对废水及土壤中镉、氟的吸附及形态影响研究摘要:废水和土壤中的重金属镉以及有害物质氟被认为是严重污染物质,对环境和人类健康造成潜在威胁。
本文通过实验研究竹炭对废水和土壤中镉、氟的吸附效果,并分析竹炭吸附对镉和氟的形态变化。
结果表明,竹炭对废水中的镉具有很好的吸附性能,吸附率能达到90%以上。
而对于土壤中氟的吸附效果则较差,吸附率仅为50%左右。
此外,竹炭对吸附镉和氟的形态变化也产生一定影响,使其以非生物形式固定,降低了其在环境中的迁移和转化能力。
引言:随着工业化进程的加快,环境污染问题日益突出。
废水和土壤中的重金属镉以及有害物质氟的污染越来越引起人们的关注。
镉是一种高度有毒的金属元素,对生物体具有很强的蓄积和富集性,长期接触镉会导致严重的健康问题,如肝肾损害、癌症等。
氟是一种常见的无机污染物,过量摄入氟会引起齿骨病变和成年人骨质疏松等健康问题。
因此,寻找一种有效的方法去除废水和土壤中的镉和氟成为亟需解决的问题。
材料与方法:在实验中,我们选择了竹炭作为吸附剂。
竹炭是一种枯燥无水的吸附剂,具有孔隙结构发达、比表面积大等优点,被广泛应用于水处理领域。
首先,我们通过实验研究了竹炭对不同浓度的废水中镉的吸附率,并绘制了吸附率曲线。
然后,我们将竹炭与含有一定浓度氟的土壤进行接触实验,观察竹炭对土壤中氟的吸附情况。
最后,通过形态分析仪,分析竹炭对吸附的镉和氟的形态变化。
结果与讨论:实验结果显示,竹炭对废水中镉的吸附率随镉浓度的增加逐渐升高,当废水中镉浓度为10 mg/L时,吸附率达到了90%以上。
这说明竹炭在去除废水中镉污染方面具有较好的效果。
而对于土壤中的氟污染,竹炭的吸附能力不如预期,吸附率仅为50%左右。
这可能是因为竹炭的孔隙结构和化学成分无法有效吸附氟离子导致的。
通过形态分析仪的结果,我们发现竹炭对吸附镉和氟的形态变化具有一定影响。
竹炭吸附后的镉以难溶形式存在,即难以溶解到环境中,减少了其迁移和转化的能力。
竹炭项目可行性研究报告一、项目背景随着环境污染日益严重,人们对环保和健康意识的提高,越来越关注环境友好型产品。
竹炭作为一种天然的环保产品,具有良好的吸附性能和消毒杀菌功能,因此在日常生活中被广泛使用。
竹炭产品的需求量不断增加,因此开展竹炭项目具有广阔的市场前景。
二、项目概述竹炭项目主要是以竹子为原料,经过一系列的加工工艺生产出竹炭制品。
竹炭制品包括竹炭粉、竹炭袋、竹炭床品、竹炭饰品等,主要应用于家居环境净化、饮食健康、美容保健等方面。
竹炭项目通过深加工竹子,提高了竹子的附加值,同时也可以有效利用资源,具有良好的环保效益。
三、市场分析1.需求分析(1)家居环境净化市场随着人们对生活质量要求的提高,对于家居环境的净化需求也在不断增加。
竹炭袋、竹炭床品等产品可以有效去除室内异味,吸附甲醛等有害物质,因此具有广泛的市场需求。
(2)饮食健康市场竹炭粉具有良好的吸附性能,可以有效吸附食品中的有害物质,净化水质和保鲜食品。
随着人们对食品安全的重视,竹炭粉在食品加工中的应用前景较好。
(3)美容保健市场竹炭饰品可以有效吸收肌肤油脂,清洁毛孔,具有一定的美容保健效果。
因此对于美容护肤的消费者也存在一定的市场需求。
2.竞争分析竹炭制品市场存在着一定的竞争压力,主要来自于国内外同类产品的竞争。
在国内,竹炭制品的品牌众多,竞争激烈。
同时,一些国外竹炭产品也进入国内市场,增加了市场竞争。
四、技术可行性分析竹炭制品的生产技术主要包括竹炭生产工艺、竹炭粉加工工艺等。
目前国内外对于竹炭制品的生产技术已经比较成熟,可以参考国外先进技术,并结合国内实际情况,进行改进和创新。
五、经济可行性分析1.投资分析竹炭项目的投资主要涉及到生产设备的购置、原材料采购、厂房建设等方面。
根据初步统计,竹炭项目的投资金额约为200万元。
2.收益分析竹炭制品的市场需求量不断增长,加上竹炭具有环保、健康的优势,因此竹炭项目的市场前景广阔。
预计项目正常运营后,年销售收入可达到300万元,年纯利润可达到100万元。
竹炭新技术助跑非洲生物能源的发展竹炭新技术助跑非洲生物能源的发展竹子,这种不常与非洲联系在一起的植物,可能会成为这片大陆上重要的替代性能源,在防止土壤退化和大规模的森林砍伐方面发挥关键作用。
非洲国家正与国际竹藤组织和中国一道,努力用竹炭和竹子薪柴替代木质燃料。
目前,在撒哈拉以南的非洲地区,80%的农村人口正使用木材作为主要生活燃料。
这一努力已初见成效,埃塞俄比亚和加纳两国已将发展竹子生物质能源作为其国家可再生能源政策的重点,这也引发了其他非洲国家的兴趣,带动了更多对竹炭生产的投资。
作为一种绿色生物燃料,竹炭可以发挥减少森林破坏和减缓气候变化的作用。
“竹子是很好的禾本科生物资源,它自然生长,分布在非洲大陆,是一种适用性好的、清洁的、可持续性的燃料,可以替代木质薪材。
”国际竹藤组织总干事古珍博士(Dr.J.Coosje Hoogendoorn)在今天于南非举行的联合国气候变化大会(UNFCCC COP17)的一个边会上发言指出,“如若没有这样的替代性能源,未来几十年家庭能源仍会以木炭为主,那会带来灾难性的后果。
”燃烧木材会对气候造成严重影响。
科学家预测,到2050年,非洲家庭使用木质燃料将会产生67亿吨温室气体,导致热带雨林面积减少,进一步加速气候变化。
大量使用木质燃料还会对人们的健康造成损害。
据估计,全球每年有两百万人(大多是妇女和儿童)因吸入燃烧木材产生的烟气而丧命。
如果木炭作为家庭燃料继续在室内被广泛使用,到2030年会导致多达1000万人早亡。
国际竹藤组织的“竹子:可持续生物质能源”项目,是第一个将中国的竹炭技术介绍到撒哈拉以南非洲地区的项目,致力于使用当地的竹子资源,推动可持续的绿色生物燃料的生产。
类此项目同时也在印度和尼泊尔开展。
由于对能源、健康与粮食安全、气候变化的日益关注,该项目得到了欧盟(EU)和商品共同基金(CFC)的资助。
竹炭项目可行性研究报告【标题】竹炭项目可行性研究报告【摘要】本文旨在对竹炭项目的可行性进行研究,包括市场分析、技术可行性、经济可行性和管理可行性等方面的内容。
通过对市场需求、竹炭生产技术、投资成本和项目运营管理等要素进行综合考量,得出竹炭项目具备相对较高的可行性和潜在利润空间。
报告将提供相关数据和分析,以供决策者参考。
【引言】竹炭作为一种具有多种特殊功能和广泛用途的生物质材料,近年来受到越来越多的关注。
竹炭具有良好的吸附性能、保湿性能和防臭性能,被广泛应用于空气净化、水质净化、农业生产和健康食品等领域。
本项目旨在利用竹材资源,通过先进的制炭技术开发生产高质量的竹炭产品,以满足市场需求。
【市场分析】竹炭市场潜力巨大,目前国内外对于竹炭产品的需求量逐年递增。
竹炭的应用领域广泛,包括空气净化、水质净化、土壤修复、食品添加剂等。
市场需求的不断增加为竹炭项目提供了良好的发展机会。
【技术可行性】竹炭生产的关键技术包括竹材的收集与储存、制炭过程的控制和炭化后的加工。
通过引进先进的竹炭制作设备和生产工艺,可以提高竹炭的品质和产量,并减少生产成本。
技术可行性分析表明,竹炭项目可以通过正确的技术选择和运用,进一步提高竹炭的市场竞争力。
【经济可行性】竹炭项目的经济可行性主要包括投资成本和盈利能力两个方面。
投资成本主要包括固定资产投资、运营资金和建设期利息支出等。
盈利能力主要通过销售收入和成本分析得出。
经过详细的财务分析和风险评估,可以得出竹炭项目具备较高的盈利潜力。
【管理可行性】竹炭项目的管理可行性主要包括组织管理和运营管理两个方面。
组织管理主要包括人员组织、人员培训和制度建设等。
运营管理主要包括采购管理、生产管理、品质管理和销售管理等。
通过建立科学的管理制度和优秀的运营团队,可以提高竹炭项目的运营效率和管理水平。
【结论】竹炭项目具备较高的可行性,技术先进、市场需求旺盛、经济效益可观并且具备潜在的利润空间。
但在项目推进过程中仍需关注市场行情、技术创新和管理优化等方面,以确保项目的顺利推进和可持续发展。
竹炭研究报告竹炭研究报告研究背景:竹炭是指将竹子炭化而成的一种炭材料,具有很高的吸附性能和气体净化能力。
近年来,随着环境污染问题的日益严重,竹炭作为一种天然环保材料开始受到广泛关注。
本研究旨在深入了解竹炭的吸附特性和应用场景,以期为竹炭的进一步研发和应用提供科学依据。
研究目的:1. 研究竹炭的物理和化学特性。
2. 探究竹炭的吸附性能和吸附机理。
3. 分析竹炭在净化空气和水质方面的应用潜力。
4. 提出竹炭研发和应用的建议。
研究方法:1. 收集竹炭样品,并进行物理性质测试,如比表面积、孔径分布和密度等。
2. 运用吸附实验,研究竹炭对不同气体和溶液的吸附能力。
3. 利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDX)等设备,观察竹炭微观形态和结构。
4. 进行对照实验,比较竹炭与其他吸附材料的性能差异。
5. 文献综述,调研竹炭在环境净化领域的相关研究和应用情况。
研究结果:1. 竹炭具有较高的比表面积和丰富的孔隙结构,有利于吸附和储存气体。
2. 竹炭对有机气体、重金属离子和染料等有毒物质具有较好的去除效果。
3. 竹炭的吸附性能受到温度、湿度和物质浓度等因素的影响。
4. 竹炭与其他吸附材料相比,具有较好的吸附性能和较长的使用寿命。
研究结论:1. 竹炭是一种具有很大潜力的环境净化材料,可以应用于空气和水净化领域。
2. 研究表明竹炭的吸附性能受到环境因素的影响,因此需要在实际应用中进行适当的调控和优化。
3. 未来的研究方向可以包括竹炭的改性研究和应用场景的进一步拓展,以进一步提高竹炭的吸附性能和应用效果。
研究建议:1. 鉴于竹炭的吸附特性和环保性能,建议进一步深入研究竹炭的制备方法和吸附机理。
2. 推动竹炭在环境保护和净化方面的实际应用,例如在大气污染治理和水污染处理中的应用。
3. 加强竹炭与其他吸附材料的结合研究,探索不同材料复合的吸附性能和应用效果。
总结:竹炭作为一种环保材料,在吸附性能和应用潜力方面表现出良好的特性。
竹炭环境效应及作用机理的研究竹炭环境效应及作用机理的研究引言:竹炭是一种在自然界中广泛存在的材料,它具有多孔结构、高比表面积和丰富的微量元素等特点。
近年来,随着人们对环境污染的关注日益增加,竹炭作为一种环保材料引起了广泛的关注。
竹炭被广泛应用于水处理、空气净化、土壤改良等领域。
本文将重点探讨竹炭在环境中的效应及作用机理。
一、竹炭在水处理中的环境效应及作用机理水污染是当前世界面临的一大环境问题,传统的水处理方法往往效果有限,而竹炭作为一种新型的吸附剂在水处理中具有很高的效果。
竹炭的多孔结构和高比表面积使其具有优越的吸附性能,可以吸附水中的重金属离子、有机物质和某些有害细菌等。
此外,竹炭还可以调节水质的酸碱度,提高水体的氧化还原电位,从而改善水质。
竹炭在水处理中的作用机理主要有以下几个方面:1. 吸附作用:竹炭的多孔结构使其具有优异的吸附性能,可以吸附水中的有机物质和重金属离子等。
竹炭的吸附作用主要是通过静电吸附、化学吸附和微生物附着等机理实现的。
2. 离子交换作用:竹炭表面带有大量负电荷,可以与水中的阳离子进行离子交换,实现对水中重金属离子的去除。
3. 活性作用:竹炭中富含的微生物能够通过氧化还原反应来分解有机物质和抑制有害细菌的生长。
二、竹炭在空气净化中的环境效应及作用机理现代社会空气质量日益恶化,空气污染成为一大威胁人们健康的因素。
竹炭作为一种新型的空气净化材料,被广泛应用于各种空气净化设备中。
竹炭通过吸附和分解有害气体,提高室内空气质量,减少空气污染对人体的危害。
竹炭在空气净化中的作用机理主要包括以下方面:1. 气体吸附作用:竹炭的多孔结构和高比表面积使其具有很强的吸附能力,可以吸附空气中的有害气体,如苯、甲醛等。
竹炭的吸附作用是通过物理吸附和化学吸附实现的。
2. 活性作用:竹炭中的微生物能够分解空气中的有机物质,如细菌、霉菌等,从而净化空气。
3. 负离子释放作用:竹炭中富含的负离子可以与空气中的颗粒物发生静电吸附,净化空气。
生物炭对农业面源污染氮、磷流失的影响研究进展摘要:综述了近年来国内外应用生物炭削减农田氮、磷养分流失的研究进展,从生物炭的作用机制和对土壤环境效应的影响2个方面出发,重点阐述了生物炭对土壤中氮、磷养分的吸附与转化,生物炭的作物效应以及生物炭对土壤淋溶过程的影响。
生物炭不仅能够改善土壤环境,提高土壤氮、磷养分的有效性,促进作物的吸收和生长,而且由于其特殊的结构和理化性质,可以吸附土壤中未被作物利用的水分和养分,延缓养分释放,减弱其在土壤中的迁移转化能力,最终实现减少土壤氮、磷养分流失的目的。
最后,着眼于当前相关研究的薄弱之处对今后研究重点和方向进行展望,供相关研究者参考。
关键词:生物炭;氮流失;磷流失;吸附;环境效应近年来,随着点源污染得到有效控制,农业面源污染已经成为我国各大湖泊水体富营养化的主要污染源。
目前,针对农业面源污染治理的主要措施包括污染物源头的控制、污染物流失路径的截断以及污染地的修复J。
其中,污染物源头的控制作为最有效的防治措施,不但能够实现污染物的最小量输出,而且可以在一定程度上起到控制污染范围的作用。
因此,如何在不改变农村种植结构和耕作方式的前提下从源头控制面源污染物的产生就显得尤为重要。
自从H ILTO N等在1963年观察到生物黑炭对土壤中非草隆等有机农药具有良好吸附效果之后,生物炭就作为一种有效的土壤改良剂而被应用于温室气体减排、污染土壤修复以及生物有效性调控等方面卜m J。
以往国内外在生物炭治理土壤环境污染上的研究多集中于对土壤有机污染物¨卜和重金属的修复,而通过添施生物炭来削减农业面源污染中氮、磷流失的研究则相对较少。
鉴于此,笔者在当前农村普遍增施氮、磷肥的情况下,探讨生物炭对农田土壤氮、磷养分流失的作用机理,为我国农业面源污染的治理提供理论借鉴。
1生物炭对土壤中氮、磷的吸附作用1.1生物炭对氦、磷的吸附机制生物炭的吸附机制主要包括分配作用机制、表面吸附机制、联合作用机制以及其他微观机制。
23--土壤肥料•资源环境 引用格式:张艳,严潜,吴景,等. 竹炭有机肥对水旱作物生长发育及镉积累的影响[J]. 湖南农业科学,2024(3):23-27. DOI:10.16498/ki.hnnykx.2024.003.006随着工农业的快速发展和城市化进程加快,农田土壤污染问题日趋严重。
镉(Cd )是南方稻田重金属污染土壤中典型的污染物,根据2014年中华人民共和国环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》可知,土壤镉污染点位超标率达7%;同时每年因为重金属污染而引起的粮食减产高达1 000万t ,被污染的粮食超过1 200万t ,镉污染了农产品,再通过食物链富集到人体,给人体健康带来安全隐患[1]。
因此,镉污染农田作物安全生产值得关注。
高效土壤改良剂配合科学农艺措施管理是重金 竹炭有机肥对水旱作物生长发育及镉积累的影响 张艳1,严潜1,吴景1,曹云1,吴家梅2,官迪2 (1. 长沙市农业科学研究院,湖南 长沙 410016;2. 湖南省农业科学院,农业部长江 中游平原农业环境重点实验室,农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室,湖南 长沙 410125)摘要:为筛选适合镉污染农田水旱作物的有机肥,选择湖南典型镉污染农田土壤,通过室内培养试验研究竹炭有机肥对水稻、小白菜两类作物生长发育和镉积累的影响。
结果表明:适量增施竹炭有机肥显著增加水稻、小白菜生物量,施用量为0.66 g/kg 时,水稻生物量相比CK 增加97%,同时水稻根系、茎叶中镉含量分别下降38.8%和18.8%,小白菜株高相比CK 有所增加,小白菜镉含量下降34%。
竹炭有机肥施用量平均每增加0.5 g/kg,土壤pH 增加0.1个单位,同时土壤有效镉含量随有机肥施用量增加呈降低趋势,1.33 g/kg 处理下土壤有效镉含量降幅为9.2%。
竹炭有机肥和氧化钙复配处理有效降低水稻镉积累量,在旱地农田的施用方式有待改良。
竹炭技术在农业面源污染控制中的应用研究南京工业大学环境学院市政工程系严成银近年来,竹炭的研究已经成为炭材料研究领域中的一个热点。
竹炭是竹材在高温下热解后的固体产物,其机械强度较高,孔结构发达,导电性能良好:可以用作吸附剂、导电材料等。
目前国内外的研究工作主要围绕以下几个方面:竹材的热解过程,包括热解过程中组分、孔结构的变化,竹炭的制备及改性,包括活性竹炭的制备,竹炭的表征,包括竹炭的组成、形貌和孔结构的表征,竹炭的性能研究,包括竹炭的吸附性能和导电性能等,竹炭的应用开发,包括用于水处理、空气净化和超级电容器等。
本文主要针对竹炭的吸附性能在农业面源污染控制中的技术研究做简要介绍。
1竹炭的性能1.1竹炭的基本性能竹材由纤维素、半纤维素和少量木质素组成,竹炭就是由这3种物质不同程度地分解炭化而形成的。
目前竹炭的工业化制备方法主要有干馏釜热解法和土窑直接烧制法两种。
研究表明,竹材在600℃以后热解逐渐变缓,基本完成炭化。
竹材在热解过程中伴随着微管束、薄壁组织逐渐缩小和孔结构的变化。
左宋林认为:炭化温度低于600℃时,竹材孔径分布随温度的升高逐渐从0.25~50μm收缩到0.55~5.50μm,这种变化在300~400℃表现最显著。
可见,竹炭的炭化温度对竹炭的性能有直接的影响。
竹炭的组成简单,主要成分是碳(75%~95(wt)%),其次是灰分(2%~12%,包括Na、K、Si、Ca、Mn等金属的氧化物)和少量挥发分;竹炭以不定形炭为主。
竹炭的炭含量与炭化温度有关,灰分含量与竹子生长地的地质有关。
1.2竹炭的吸附性能竹炭对有害气体有不同程度的吸附去除能力。
初步研究发现,竹炭对有害气体的吸附能力与竹炭炭化的温度有密切联系。
Asada T等发现竹炭对苯、甲苯、吲哚、粪臭素的吸附能力随竹炭炭化温度的升高而增强,竹炭对氨气的吸附能力却相反,随炭化温度的升高而下降,但对甲醛的吸附能力随炭化温度的变化没有明显的变化。
Saito Y等研究发现不同炭化温度(600~1000℃)的竹炭对甲醛都有很强的去除能力,但是高温炭化的竹炭吸附甲醛后不易脱附,低温炭化的竹炭对甲醛的吸附能力弱,而且发现竹炭在50℃对甲醛有很好的吸附。
杨磊等发现竹炭的粒径大小对甲醛的吸附量没有明显的影响,而主要与竹炭的微观结构有关。
竹炭对液相中的无机离子或有机物同样有良好的吸附能力。
木冠南等研究了用金竹制备的竹炭对镧(Ⅲ)离子的吸附,发现富氧条件下制备的活性竹炭对金属离子的吸附量明显比贫氧条件下的吸附量大,认为富氧条件下增加了活性炭表面的含氧官能团,推测吸附为化学吸附。
Kei Mizuta等发现竹炭对硝酸根离子的吸附能力随温度的变化不明显。
Ohe K等发现活性竹炭对硝酸根离子的吸附能力在溶液pH为2~4范围内存在最大值,并发现比表面积是决定吸附容量的一个因素,而且当硝酸根离子和硫酸根离子共存时,活性竹炭对硝酸根离子有明显的择优吸附性。
杨磊等研究发现竹炭的粒度、超声处理和硝酸的氧化都不同程度地影响了竹炭对苯酚的吸附能力,最大吸附值为73.4mg/g。
徐亦钢等]研究发现竹炭对2,4-二氯苯酚的吸附效果与其粒径、用量、溶液浓度、吸附时间和平衡方式都有一定的关系。
2 竹炭技术在农业面源污染控制中的应用思路2.1 农业面源污染及其现状农业面源污染指农业生产活动中,氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质,通过农田的地表径流和渗漏,形成水环境的污染。
主要来源于化肥,农药的过度施用,秸秆和牲畜粪便的处理不当,淤泥沉积、水土流失,居民生活污水及废弃物等。
农业面源的主要污染因素之一是由于过量施用氮肥和不合理施用氮肥造成的氮污染。
流失的氮肥可以对环境造成以下几方面的影响:①硝酸盐氮淋失对地下水的污染,②流失的氮素汇集于河湖等水体,造成富营养化,③氮肥在转化过程中的氨挥发形成大气污染,④大量的不合理施用氮肥对土壤污染。
据统计,我国在1985~1996年间,中国投入的氮肥为2.2亿吨氮,然而流失的氮素约1亿吨,目前我国的湖泊中有约50%以上遭到了包括富营养化在内的严重污染,所以在对水体富营养化的控制中,源头的氮素的来源控制就显得极为重要。
氮肥施入土壤后的损失主要分为以下几个途径,①氨挥发损失。
这是氮肥损失的一个重要途径。
②反硝化损失。
农田氮肥的反硝化主要包括化学反硝化和生物反硝化,其中以生物反硝化为主,这是氮肥损失的主要途径之一。
③淋溶损失。
突然中的硝态氮不能被带负电的土壤胶体吸附,因而在土壤中移动性很高,易于淋失。
④径流损失。
由于降雨和不合理的灌溉形成地表径流,将农田氮素转移带入到土壤之中。
2.2 竹炭技术在农业面源污染控制中的思路针对氮素在农业面源污染中的原理,一方面通过提高氮肥的利用率出发,提出了缓控肥技术。
缓控肥是以有机或无机肥为基体,用物理、化学物理化学及生物化学的手段使肥料养分缓慢的释放出来,以满足作物不同季节的生长需要的一种肥料。
另一方面通过对施入土壤后的流失氮肥截留吸附作用,利用生物固氮的技术减少氮素的损失,从而改良土壤中的元素结构,进而达到改良土壤的目的。
3竹炭技术在农业面源污染控制中的应用3.1竹炭包膜控/缓释氮肥的研究和应用利用竹炭和高分子聚合物为包膜材料,通过尿素包膜配方选择、包膜尿素的研制工艺和包膜尿素缓释性能的初步评价等方面的研究,筛选出包膜效果好的竹炭包膜尿素,以期为进一步研制高效、廉价、工艺简单的包膜氮肥和减少氮肥污染提供理论依据。
3.1.1竹炭包膜控/缓释氮肥的制作其制作过程为:首先将尿素筛分,获得粒径为3~4 mm尿素颗粒,将其放入自制包膜机中,用电吹风预热5 min左右,然后用高压喷枪在尿素表面喷上适量的粘结剂溶液,用量以尿素颗粒间不互相粘结为宜,通入热风3~5 min,然后把一定量的竹炭粉末(<0.075 mm)均匀地加入包膜机中,转动10 min左右再喷入粘结剂溶液,如此操作3次,即能将竹炭粉末包裹在颗粒尿素上,制成一系列不同包膜厚度的竹炭包膜尿素。
制作工艺流程图为:3.1.2竹炭包膜控/缓释氮肥的性能竹炭包膜控/缓释肥与普通尿素的比较,主要对N素的溶出率进行评价,一般选取其溶出率和累计溶出率作为比较指标,有时也对其氨挥发特征比较。
一般来讲,我们希望施用于农田中的氮肥,营养元素的溶出与植物的生长相互配合,从而达到氮肥的高效利用率。
对于目前所用的普通尿素,其初期溶出率和累计溶出率均较高,氮肥的利用率低。
研究中选用上述过程中制备的两种性能较好的竹炭包膜尿素BCCU1(包膜率8.04%,含N量42.3%)和BCCU2(包膜率5.43%,含N量43.5%)和普通尿素。
通过实验分析结果为:3.1.2.1三种氮肥的氮素累计溶出率比较累计溶出率:尿素(57.5%)> BCCU2 (47.5%)> BCCU1(41.2%)3.1.2.2三种氮肥的氮素初期溶出率比较初期溶出率:尿素(97.6%)> BCCU2 (71.0%)> BCCU1(62.5%)3.2竹炭包膜尿素溶出率的影响因素研究竹炭包膜尿素中氮素的溶出率随着环境条件的变化而变化,3.2.1 几种肥料溶出率的比较竹炭包膜尿素在土壤中的养分溶出率均低于普通尿素,并且在相同浸提条件下,竹炭包膜尿素BCCU1(包膜率8.04%)的养分溶出率均低于竹炭包膜尿素BCCU2(包膜率5.43%)的养分溶出率,即随包膜率的增大,竹炭包膜尿素在土壤中的养分溶出率逐渐降低。
3.2.2肥料溶出率受外界条件的影响状况竹炭包膜尿素的氮溶出率随肥水比的增大和浸提温度的升高而显著增大,并且浸提温度高,氮溶出率增加的幅度越大,浸提液离子浓度的大小对竹炭包膜尿素的养分溶出率有一定的影响,浸提液离子浓度越大,竹炭包膜尿素的养分溶出率越小,供试氮肥在沙质红壤土中的养分溶出率远高于其在石灰岩风化土中的溶出率。
3.2.3土壤类型对肥料的溶出率的影响竹炭包膜尿素在土壤中的氨挥发损失量均低于普通尿素,土壤类型对氮肥的氨挥发损失影响较大,供试氮肥在各种土壤中的氨累积挥发量大小顺序均为:沙质红壤土>石灰岩风化土>粘性红壤土。
3.2.4 肥料的中N以氨损失的影响因素土壤含水量对氮肥氨挥发影响较大。
随土壤含水量的增加,普通尿素和竹炭包膜尿素的氨挥发量都递增,但后者氨挥发量受含水量增加的影响较前者小。
但是,当土壤含水量达到饱和后,土壤含水量的上升对竹炭包膜尿素的氨挥发影响很小。
4竹炭的土壤环境修复作用研究竹炭是竹材裂解后得到的一种生物炭,由于竹质材料在形态结构、养分组成和生长特性等方面均有区别于其它生物质原料的特点,相应地,竹炭也成为一类具有相对独特性能的生物炭。
近年来,随着我国竹产业的发展,竹炭生产已成竹质资源综合高效利用的重要组成部分,为此,本文将对竹炭在改善土壤环境、提高土壤肥力及影响土壤碳汇等方面开展综述,旨在探索竹炭在土壤环境中应用中的新途径。
4.1 竹炭对土壤肥力的修复功能竹炭对土壤肥力的修复功能,主要表现在对土壤的养分有效性和土壤的保水肥力的作用两个方面。
4.1.1 竹炭对土壤养分有效性的影响竹炭呈碱性,其pH值常在7.7~10.2之间。
竹炭的pH值常同炭化温度有密切的相关,随着炭化温度升高,竹炭中酸性挥发分含量较少,pH值常会升高。
Yoshizawa对400、600、800℃的竹炭测定表明,其pH值依此为7.90、8.20和8.80。
可以预见,在酸性土壤中施用竹炭,有利于提高的土壤的pH值和降低其铝的饱和度。
Hoshi在pH为4.3的茶园土壤中施0.5 kg·m-2竹炭,在施用后连续两年中土壤的pH值提高了0.5~1个单位。
盆栽试验表明,竹炭对提高砂质和壤质土壤的pH值的效果要大于粘质土壤。
同样,竹炭对土壤的盐基饱和度也有明显的影响。
Glaser等研究发现,在加入竹炭后可引起土壤可交换性盐基离子(Exchangeable Cation)明显增加,其值常远大于土壤的盐基交换量(CEC)的增加,造成这一现象的主要原因是竹炭中的离子大多数不是以静电力作用下存在的,而作为可溶性盐的状态存在,因此,竹炭不仅是土壤改良剂,也是一种肥料。
与木材比较,竹材的化学组成中灰分含量较高,结果导致了竹炭的灰分含量常高木炭的灰分元素含量,竹炭的灰分含量通常为其质量分数的2.5%~4.5%左右。
Hoshi对毛竹炭的分析表明,400~500℃温度下生产的竹炭,其Si、K、Cl、Mg、S和Ca的含量依此为0.80%、0.43%、0.24%、0.22%和0.05%。
有学者应用EDAX法测定表明,竹炭(500℃的炭化温度)表面的C、O、Si、Al、K等元素几乎占据了竹炭的整个表面,其比例分别为49.25%、11.29%、35.92%、0.25%和3.30%。