生物炭添加对污泥堆肥腐殖化和氨气排放的影响

近年来,市政污泥产量及无害化处置量均呈增加趋势,污泥堆肥技术成为研究与关注的热点,但传统堆肥中存在许多问题。为提高市政污泥堆肥腐殖化程度并减少氮素损失,通过好氧堆肥方法研究了添加生物炭对市政污泥堆肥腐殖质组分及氨气排放的影响。结果表明,在37 d堆肥中,对照组(C1)、添加5%生物炭组(C2)、添加10%生物炭组(C3)3种处理均达到腐熟标准。与对照相比,生物炭添加延长了堆体高温时间1～4 d,提高了堆体pH和电导率,对总有机碳、水溶性有机碳、富里酸分解更彻底;堆肥结束时,C2堆体腐殖化指数、胡敏酸占有率和胡富比均高于C1,腐殖化效果最好。氨气释放主要在高温期,累计释放量：C1(178.43 g/m²)>C3(151.28 g/m²)>C2(134.97 g/m²),堆肥结束C1、C2和C3总氮含量分别为11.67 g/kg、13.48 g/kg和13.03 g/kg,添加生物炭有利于氮素保留。可见,生物炭在提高堆肥腐殖质稳定和减少氨气排放中具有良好效果,且5%添加量优于10%。     

生物炭添加对土壤冻融过程中温室气体排放的影响

【目的】研究模拟生物炭添加对土壤冻融过程中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,为冻融期土壤温室气体的减排提供参考。【方法】以伊犁河谷典型农田为研究对象,野外采集原状土柱,并在室内模拟不同幅度的冻融过程(+5 ℃、-5 ℃～ +5 ℃和-10 ℃ ～ +10 ℃),探求冻融过程中土壤CO₂、CH₄和N₂O排放对生物炭添加(0、20和40 t/hm²)的响应特征。【结果】与不添加生物炭的处理相比,添加生物炭会使冻融过程中的土壤CO₂排放量提高1.1～1.4倍,但该影响远小于冻融作用对土壤CO₂排放的促进作用(为CK的1.5～3.2倍); 虽然冻融作用未显著(P > 0.05)影响土壤CH₄的累积排放量,但生物炭的添加显著(P < 0.05)促进了45.5%～81.8%的CH₄吸收量; 冻融作用使土壤N₂O的累积排放量提高了1.3～3.0倍,生物炭降低了冻融过程中10.2%～30.9%的土壤N₂O排放量,但在多数情况下这种减小并不显著(P > 0.05)。【结论】模拟生物炭添加会增加土壤冻融过程中CO₂的排放,也会促进CH₄的吸收和N₂O的减排。     

树干甲烷的研究进展

在全球变暖背景下,甲烷 (CH₄) 作为陆地生态系统中仅次于CO₂的重要温室气体受到了广泛关注,其在百年时间尺度上的温室效应潜力是CO₂的28~34倍,对全球变暖的贡献占20%~30%。现有对森林生态系统CH₄的研究主要集中在土壤,但基于热带森林地表排放估算和卫星CH₄通量之间的差异报告,以及近年的研究证明了树木是森林CH₄预算的重要来源和汇。笔者综合分析了树干CH₄的来源、通量大小、影响因素及其对陆地碳预算的影响,结果发现:①树干释放出的CH₄是来自土壤或者树木心材,然后主要通过树干扩散释放到空气中;②树干CH₄的通量范围为(-37.5±18.75)~(16 937.50±6 812.50) μmol/(m²·h);③树干表面CH₄通量具有较大的时空差异性,这些差异主要来自树种、年龄、组织类型、立地特征和环境条件等;④在不考虑树干CH₄通量的前提下,森林湿地 (或木本沼泽) 生态系统的CH₄释放量部分可能被低估,而旱地或者高山森林中CH₄的吸收量部分可能被高估。树干甲烷作为陆地碳循环的“新成员”,应该被充分重视,这对于预测未来全球气候变化具有重要意义。     

不同生物炭进入土壤后对304不锈钢腐蚀的影响

生物炭在土壤应用过程,不可避免地会对与土壤之间接触的机械设备部分产生腐蚀作用。为探究生物炭应用于农业生产中对机械设备以及金属工具损耗的影响,采用分别在700、400和100℃温度下裂解制备的小麦秸秆生物炭(WB)、水稻秸秆生物炭(RB)和松木生物炭(PB)的生物炭对304不锈钢板材进行腐蚀处理,并测量其极化曲线和电化学阻抗谱和腐蚀表现。结果表明:与空白组(CK)对比,相较于304不锈钢的腐蚀速率,在施入WB的土壤中,腐蚀速率会随着WB裂解温度的增大而增大;而加入RB的土壤会加剧不锈钢的腐蚀,其中在加入400℃RB的土壤中腐蚀速率达到最大;这是因为WB和RB的加入会提升土壤中的Cl~-含量至足以达到点蚀效应的程度加速了不锈钢板材的腐蚀。与此同时,发现100℃制备的PB生物炭可以抑制不锈钢的腐蚀。总而言之,不同生物质和制备温度的生物炭在土壤实际应用中表现出不同的腐蚀和抗腐蚀特性,因此深入研究这些方面将为其农业应用具有深远影响。     

软模板法合成具有优异染料吸附性能的超微孔炭材料

以小分子炭氟表面活性剂［FSOCF₃CF₂CF₂CF₂CF₂-(CH₂CH₂O)_10］(FSO)为超微孔模板剂, 通过酚醛预聚物和FSO间的氢键自组装作用实现其分子间的自组装, 经过水热处理和高温炭化合成超微孔炭材料, 并对其进行X射线衍射(XRD)测试、 氮气吸附测试和液相吸附性能测试. 结果表明： 该超微孔炭材料的孔结构有一定的规则性; 比表面积为600 m2/g, 且孔径分布在超微孔范围（1.2 nm）; 对有机染料（罗丹明B）的最大吸附容量为120 mg/g.     

市政污泥好氧发酵过程难溶性磷酸盐转化研究进展

从污水厂的污泥中回收磷是未来国内外市政污泥资源化的必然趋势，也是解决磷矿资源短缺的一个重要措施，已成为有机固废资源化领域的热点问题。市政污水处理厂污泥中的磷含量为7.10-27.60 g/kg，我国市政污泥产量巨大，预计2025年污泥年产量将突破9 000万t (以80%含水率计)，是极具潜力的磷源。现有两种从市政污泥中回收磷的途径：从市政污泥中直接回收磷和在市政污泥处理处置过程中利用磷，而好氧发酵-土地利用是市政污泥处理处置的主流工艺之一。该工艺可将市政污泥中难溶性磷酸盐转化为可被植物吸收利用的有效磷，是实现市政污泥磷资源回收利用的有效途径。本文综述了国内外市政污泥好氧发酵过程难溶性磷酸盐转化为有效磷的研究现状，重点介绍了有机质和微生物对难溶性磷酸盐转化影响的研究进展，总结了市政污泥好氧发酵过程中难溶性磷酸盐转化所存在的问题并提出解决思路，同时对以市政污泥好氧发酵为基础的难溶性磷酸盐转化研究进行了展望，以期为市政污泥中的磷资源利用研究提供一些思考。     

乙醇对生物成气过程中煤地质微生物菌群结构及产气途径的影响

微生物增产煤层气是煤层气再生和赋存的有效途径,了解煤地质微生物菌群结构对促进煤层气的生物生成具有重要意义。文章旨在分析在不同乙醇浓度下褐煤厌氧发酵过程中,微生物产甲烷菌群数量、结构的动态变化及产气类型,分别添加质量分数0.5%和1%两种不同浓度的乙醇,利用褐煤进行为期90 d的厌氧发酵实验。在发酵过程中不同时间取样,通过PCR-DGGE、实时荧光定量PCR,对不同发酵阶段微生物的种类和数目进行分析。采用454焦磷酸高通量测序,进一步分析不同发酵阶段细菌及古菌菌群结构的变化,进而推测产气类型的变化。实时荧光定量PCR分析表明,随着发酵时间的延长,不论是细菌菌群还是古菌菌群的数量均有所增加。高通量测序结果显示,发酵过程中,对照组和添加0.5%和1%乙醇的实验组细菌物种组成差异不明显(P0.05)。对于古菌菌群而言,对照组和添加0.5%和1%乙醇的实验组物种组成差异明显(P0.05)。PCR-DGGE指纹图谱分析表明,样品微生物主要菌群与高通量测序结果大体一致。添加乙醇的实验组与对照组之间差异明显(P0.05),对照组中,随着发酵时间的延长,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)逐渐增多,添加0.5%和1%乙醇的实验组中则是甲烷杆菌属(Methanobacterium)明显增加,表明乙醇的添加改变了煤地质微生物发酵的菌群结构。Candidatus-Methanoplasma、甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属分属不同的产甲烷菌属,表明乙醇的添加改变了甲烷生物生成的产气类型。     

木质素磺酸钠对市政污泥好氧发酵过程磷形态转化的影响

针对传统市政污泥好氧发酵过程难溶性磷酸盐向有效磷转化效率低的问题,本研究依次添加物料总质量0%、5%、10%、15%的木质素磺酸钠(SLS,分别记为CK、S5、S10、S15),探究其对市政污泥好氧发酵过程磷形态转化的影响及作用机制。结果表明：添加SLS优化了堆体理化性质,促进胡敏素(HU)向胡敏酸(HA)和富里酸(FA)转化;同时SLS可以有效提高堆体的速效磷(Olsen-P)含量,Hedley磷分级结果显示,S5、S10、S15处理组有效磷(AP)和中等可用磷(MAP)在总磷中所占比例分别为58.48%、54.36%、49.35%,远高于CK处理组(32.15%);相关性分析表明,含水率(MC)、电导率(EC)、有机质(OM)、腐殖质(HS)、FA、碳氮比(C/N)、HA是影响Olsen-P累积的主要因素,与水溶性磷(H₂O-P)呈正相关并按照相关性强弱排序依次为C/N、EC、FA。综上,在市政污泥好氧发酵中添加SLS可提高堆体的磷素有效性,磷形态转化主要是通过SLS自身官能团的螯合能力以及提高堆体腐殖化程度实现。     

污泥基生物炭对重金属的吸附作用

为研究市政污泥基生物炭对重金属的吸附性能,进而作为吸附材料应用于污染修复中,在900℃下无氧热解制备生物炭,利用静态平衡法测定生物炭对重金属Pb、Zn、Cu、Cd的吸附效果。结果表明:污泥基生物炭具有良好的吸附性能,吸附容量比市售活性炭高一个数量级,对Pb、Zn、Cu、Cd的最大吸附量实测值分别为(104.15±1.60)mg/g、(36.05±0.87)mg/g、(41.30±1.38)mg/g和(37.17±2.59)mg/g。污泥基生物炭具有很强的pH缓冲能力,平衡后溶液pH值大幅提高约2~3,溶液可由酸性变为近中性甚至碱性。平衡过程中,污泥基生物炭可释放大量的Ca2+离子,释放量与重金属离子初始质量浓度正相关,在0.2%污泥基生物炭投加、重金属质量浓度250mg/L以内时,Ca2+离子质量浓度为32.07~72.86mg/L。污泥基生物炭具有很强的重金属吸附能力,主要吸附机理为表面沉淀和离子交换。     

好氧颗粒污泥短程硝化处理养殖废水及N2O释放特性

好氧颗粒污泥可通过特殊的厌/好氧空间结构实现短程硝化,而短程硝化和好氧颗粒结构都可能导致温室气体N₂O释放.试验研究了处理养殖废水过程中好氧颗粒污泥短程硝化性能,及利用微电极探针定量分析N₂O过程释放特性.稳定运行期间,COD与氨氮平均去除率分别为76.8%和94.4%,短程硝化效率可达88.9%.根据微电极探针和气相色谱分析结果,好氧颗粒污泥系统厌氧和好氧阶段N₂O生成量分别占46.4%和53.6%,但短程硝化系统的N₂O释放主要来源于曝气吹脱作用;系统内N₂O中氮的释放量占进水氮的比例为2.1%,好氧颗粒污泥并未显著强化N₂O释放.     

施用生物炭和复合肥对桢楠生长及养分吸收的影响

为促进生物炭在林业生产中的科学应用,采用野外林地试验,设置不施肥(CK)、施用复合肥200 g (F)、稻壳生物炭300 g (RB)、木屑生物炭300 g (WB)、稻壳生物炭300 g+复合肥200 g (RBF)、木屑生物炭300 g+复合肥200 g (WBF)等6种施肥处理,探究不同处理对桢楠(Phoebe zhennan)生长和养分吸收的影响。结果表明：与不施肥处理相比,单施稻壳生物炭能显著增加桢楠的叶面积,促进叶对N的吸收;单施木屑生物炭能显著增加桢楠株高增长量、根生物量和叶面积,显著促进叶对N、P的吸收和根对K的吸收,但显著抑制茎对P的吸收。与单施复合肥处理相比,稻壳生物炭与复合肥配施能显著增加桢楠株高增长量、叶面积,促进叶对N的吸收;而木屑生物炭与复合肥配施能显著增加桢楠茎生物量、叶面积,促进根对K的吸收,但显著抑制茎对N的吸收。综上,单施木屑生物炭、木屑生物炭与复合肥配施在一定程度上能促进桢楠的生长和养分吸收,可作为桢楠造林的备选基质。     

Effects of various pretreatments on biohydrogen production from sewage sludge

The sewage sludge of wastewater treatment plant is a kind of biomass which contains many organics, mainly carbohydrates and proteins. Four pretreatments, acid pretreatment, alkaline pretreatment, thermal pretreatment and ultrasonic pretreatment, were used to enhance biohydrogen production from sewage sludge. The experimental results showed that the four pretreatments could all increase the soluble chemical oxygen demand （SCOD） of sludge and decrease the dry solid （DS） and volatile solid （VS） because the pretreatments could disrupt the floc structure and even the microbial cells of sludge. The results of batch anaerobic fermentation experiments demonstrated that all of the four pretreat- ments could select hydrogen-producing microorganisms from the microflora of sludge and enhance the hydrogen production. The hydrogen yield of the alkaline pretreated sludge at initial pH of 11.5 was the maximal （11.68 mL H2/g VS） and that of the thermal pretreated sludge was the next （8.62 mL H2/g VS）. The result showed that the hydrogen yield of pretreated sludge was correlative with its SCOD. The hydrogen yields of acid pretreated sludge and alkaline pretreated sludge were also influenced by their initial pH. No methane could be detected in the anaerobic fermentation of alkaline pretreated sludge and thermal pretreated sludge, which suggested that these pretreatments could fully inhibit the activity of methanogens. The volatile fatty acids （VFA） production in anaerobic fermentation of alkaline pretreated sludge was the maximum and the next is that of thermal pretreated sludge.     

市政剩余污泥CaO处理及生物干化过程的细菌群落变化

对市政剩余污泥CaO处理及生物干化过程中的温度、pH、含水量等进行了研究,并与未经碱处理的市政剩余污泥进行了对比分析。发现市政剩余污泥具有良好的pH缓冲能力,且CaO处理可以在一定程度上提高其生物干化温度。在此基础上,对经CaO处理和未处理两种条件下的市政剩余污泥生物干化过程中的细菌群落变化进行了分析,结果表明不同处理方式以及生物干化时间对污泥基质中细菌群落的影响较为明显。该研究为进一步阐明市政剩余污泥好氧生物干化的微生物群落更替规律奠定了初步基础。     

市政剩余污泥CaO处理及生物干化过程的细菌群落变化

对市政剩余污泥CaO处理及生物干化过程中的温度、pH、含水量等进行了研究,并与未经碱处理的市政剩余污泥进行了对比分析。发现市政剩余污泥具有良好的pH缓冲能力,且CaO处理可以在一定程度上提高其生物干化温度。在此基础上,对经CaO处理和未处理两种条件下的市政剩余污泥生物干化过程中的细菌群落变化进行了分析,结果表明不同处理方式以及生物干化时间对污泥基质中细菌群落的影响较为明显。该研究为进一步阐明市政剩余污泥好氧生物干化的微生物群落更替规律奠定了初步基础。     

Methane emissions from terrestrial plants over China and their effects on methane concentrations in lower troposphere

Methane (CH₄) is the most important greenhouse gas and reactive trace gas in the atmosphere. Recently, it has been reported that terrestrial plants can emit CH₄ under aerobic conditions, which may call for reevaluation of the inventory of CH₄ emissions in China. In this paper, those emissions over China and their effects on CH₄ concentrations in lower troposphere were investigated. Firstly, based on the work of Keppler et al., the aerobic plant CH₄ emission model (PLANTCH4) for China was established. And by using the database of normalized difference vegetation index (NDVI) derived from NOAA/AVHRR, the distribution of net primary productivity (NPP) over China was simulated, and thereby, for the first time, the amount and distribution of the newly identified source in China were estimated. Secondly, with the aid of the three-dimensional atmospheric chemistry model system (MM5-CALGRID), the effects of the emissions were studied. The results show that the annual aerobic plant CH4 emissions over China amount to 11.83 Tg, i.e. nearly 24% of Chinese total CH₄ emissions. And the major fraction (about 43%) comes from forests. When those emissions are considered in modeling, computed countrywide mean surface concentration of CH₄ is 29.9% higher than without them, with a maximum increase of 69.61 μg·m⁻³ in the south of Yunnan Province. In conclusion, to study CH₄ emissions from terrestrial plants over China may have important implications for correctly estimating the contribution of China to global CH₄ budget, and may call for a reconsideration of the role of CH₄ in global and regional environment and climate change. Supported by National High-Tech Research & Development Program of China (Grant No. 2006AA06A307), National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2006CB403706 and 2006CB403703), and the Program for New Century Excellent Talents in University, and Nanjing University Talent Development Foundation     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥的特性及其反应过秸

以普通絮状活性污泥为种泥,采用人工配制的模拟生活污水,在序批式反应器（SBR）中成功地培养出了同步脱氮除磷好氧颗粒污泥。污泥颗粒粒径大多在0．5～1．0mm,SVI为27．0mL/g,MLVSS／MLSS为86．8％,具有良好的沉降性能和较高的生物量。采用好氧颗粒污泥进行脱氮除磷过程研究,结果表明颗粒污泥具有良好的同步脱氮除磷和去除有机物的功能,反应周期结束时氮氮、PO4^3-P去除率接近100％,COD去除率达到90％以上。