CN113198832A - 一种利用生物质炭的土壤改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用生物质炭的土壤改良方法，其中，包括以下步骤：步骤S1、将苹果树枝碎屑与牛粪以质量比1:3热裂解得到第一生物质炭；步骤S2、将所述第一生物质炭与棉秆生物质炭以质量比5:2混合得到第二生物质炭；步骤S3、将所述第二生物质炭与土壤的耕层混合，得到生物炭改良土壤。本发明技术方案能有效缓解土壤的重金属污染程度。

Description

一种利用生物质炭的土壤改良方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种利用生物质炭的土壤改良方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存的物质基础，是生态环境的重要组成部分，同时也是食物链的重要载体，与人类的健康密切相连。随着现代工业的迅速发展，“三废”(废水、废气、废渣)的排放使土壤严重污染。亟需提出一种能有效改善土壤污染现状的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种利用生物质炭的土壤改良方法，旨在解决现有技术中土壤被污染严重的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的利用生物质炭的土壤改良方法，包括以下步骤：
步骤S1、将苹果树枝碎屑与牛粪以质量比1:3热裂解得到第一生物质炭；
步骤S2、将所述第一生物质炭与棉秆生物质炭以质量比5:2混合得到第二生物质炭；
步骤S3、将所述第二生物质炭与土壤的耕层混合，得到生物炭改良土壤。
可选地，所述步骤S1中，所述热裂解过程具体为在无氧条件下热裂解4-5小时。
可选地，所述步骤S2中，棉秆生物质炭的制备过程为：以棉秆为原料，在炭化温度450℃、升温速度150℃h-1、保温时间1h的条件下制得的固体产物。
可选地，在所述步骤S2中，采用的炭化装置包括炭化炉和包裹于炭化炉外部的隔热砖墙壁，所述炭化炉和隔热砖墙壁之间具有空腔。
可选地，在所述步骤S2中，采用的燃烧系统包括燃烧炉和蒸汽炉，所述燃烧炉的输出端连接蒸汽炉，所述蒸汽炉连接炭化炉和隔热砖墙壁之间的空腔。
可选地，所述步骤S2与步骤S3之间还包括：将所述第二生物质炭粉碎为颗粒，颗粒的粒径小于2mm。
可选地，在所述步骤S3中，所述土壤的耕层为土壤地面至地面以下32cm～50cm的土层。
可选地，所述棉秆生物质炭的比表面积为195m2g-1～200m2g-1。
本发明技术方案通过采用将苹果树枝碎屑与牛粪以第一质量比热裂解得到的第一生物质炭，与棉秆生物质炭以第二质量比混合得到第二生物质炭，再将该第二生物质炭与土壤的耕层混合，从而得到生物炭改良土壤，由于该第二生物质炭结合了苹果树枝碎屑、牛粪以及棉秆之间各自的生物质炭的吸附及过滤能力，使其与土壤混合后，能达到释放营养物质以及除去重金属物质的效果，有效改善土壤情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一种利用生物质炭的土壤改良方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种利用生物质炭的土壤改良方法。
在本发明实施例中，参照图1，该利用生物质炭的土壤改良方法包括以下步骤：
步骤S1、将苹果树枝碎屑与牛粪以质量比1:3热裂解得到第一生物质炭；
步骤S2、将所述第一生物质炭与棉秆生物质炭以质量比5:2混合得到第二生物质炭；
步骤S3、将所述第二生物质炭与土壤的耕层混合，得到生物炭改良土壤。
从南京郊区采集苹果树枝条，利用粉碎机粉碎为苹果树枝碎屑，并于室外风干，然后按照牛粪与苹果树枝碎屑的干重比3:1的比例加入到牛粪中，再一次风干至含水率小于10％，在无氧条件下热裂解4-5小时，得到第一生物质炭。从南京郊区采集的棉秆利用粉碎机粉碎，在炭化温度450℃、升温速度150℃h-1、保温时间1h的条件下制得棉秆生物质炭。将第一生物质炭与棉秆生物质炭按照5:2混合得到第二生物质炭。第二生物质炭的基本特征如表1所示。
Figure BDA0002379005460000031
Figure BDA0002379005460000041
表1第二生物质炭的基本特征
从表中可以看出，钠钾钙等营养物质含量丰富，有毒的重金属Cd、Cu、Zn、Mn等的有效含量明显下降，表明生物质炭可缓慢释放营养物质和固定重金属等有毒物质，从而实现土壤固碳和提供营养物质的双重目的。
本发明技术方案通过采用将苹果树枝碎屑与牛粪以第一质量比热裂解得到的第一生物质炭，与棉秆生物质炭以第二质量比混合得到第二生物质炭，再将该第二生物质炭与土壤的耕层混合，从而得到生物炭改良土壤，由于该第二生物质炭结合了苹果树枝碎屑、牛粪以及棉秆之间各自的生物质炭的吸附及过滤能力，使其与土壤混合后，能达到释放营养物质以及除去重金属物质的效果，有效改善土壤情况。
可选地，棉秆生物质炭的制备过程具体包括：
粉碎：粉碎机将棉秆经撕裂、粉碎为棉秆屑；
烘干：经输送机将粉碎后的棉秆屑送入烘干炉中，烘干温度为200℃～250℃，烘干时间15～30min，烘干后的棉秆屑含水率为15～20％；
炭化：将烘干后的棉秆屑送入炭化装置内，通过燃烧系统对炭化装置进行热传导加热，炭化装置的温度为560℃～750℃，炭化时间20～30min，成炭；
出炭：将成炭冷却，采用水冷螺旋进行四级冷却，充分冷却后再将棉秆成炭粉碎成棉秆生物质炭粉。
其中，采用的炭化装置包括炭化炉和包裹于炭化炉外部的隔热砖墙壁，所述炭化炉和隔热砖墙壁之间具有空腔，炭化装置中对棉秆的炭化不通过明火炭化，而是通过燃烧系统对炭化装置进行热传导加热，燃烧系统向炭化装置的空腔内供热，从而提升炭化炉的温度，炭化装置内的木材炭化时产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到燃烧系统内燃烧，以使燃烧系统又可通过管道向烘干炉和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。
采用的燃烧系统包括燃烧炉和蒸汽炉，所述燃烧炉的输出端连接蒸汽炉，所述蒸汽炉连接炭化炉和隔热砖墙壁之间的空腔。炭化炉的出口端通过后支撑托辊依次连接有一级冷却螺旋、二级冷却螺旋、三级冷却螺旋和四级冷却螺旋，冷却螺旋通过水泵连接至水箱，实现冷却螺旋内的冷却作业，冷却后得到的炭再次粉碎后经筛分除尘机送入物理活化装置内。
可选地，所述棉秆生物质炭的比表面积为195m2g-1～200m2g-1。可以理解，如此使得棉秆生物质炭的孔径较小，以微孔为主，增强其对重金属的吸附作用，随着棉秆生物质炭的加入量的增加，土壤的pH值变大，从而增加了土壤胶体的负电荷数，使H+的竞争能力变弱，此时重金属则以难熔的氢氧化物、碳酸化物的形式存在。
可选地，所述步骤S2与步骤S3之间还包括：将所述第二生物质炭粉碎为颗粒，颗粒的粒径小于2mm。可以理解，如此设置，有利于增大时第二生物质炭与土壤的耕层的接触面积，
可选地，在所述步骤S3中，所述土壤的耕层为土壤地面至地面以下32cm～50cm的土层。可以理解，土壤的深度不同，则其含有重金属污染物的量以及与生物质炭反应的程度均会不同。具体地，采用人工方式向深度35cm的细碎土壤中施入筛选后的第二生物质炭，施用量分别为：1、10、25、50t/ha，充分混匀，使第二生物质炭与土壤完全混合，腐熟5天，最后将生物炭改良土壤起龚。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将苹果树枝碎屑与牛粪以质量比1∶3热裂解得到第一生物质炭；
步骤S2、将所述第一生物质炭与棉秆生物质炭以质量比5∶2混合得到第二生物质炭；
步骤S3、将所述第二生物质炭与土壤的耕层混合，得到生物炭改良土壤。
2.如权利要求1所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述热裂解过程具体为在无氧条件下热裂解4-5小时。
3.如权利要求1所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，所述步骤S2中，棉秆生物质炭的制备过程为：以棉秆为原料，在炭化温度450℃、升温速度150℃h-1、保温时间1h的条件下制得的固体产物。
4.如权利要求3所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用的炭化装置包括炭化炉和包裹于炭化炉外部的隔热砖墙壁，所述炭化炉和隔热砖墙壁之间具有空腔。
5.如权利要求3所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用的燃烧系统包括燃烧炉和蒸汽炉，所述燃烧炉的输出端连接蒸汽炉，所述蒸汽炉连接炭化炉和隔热砖墙壁之间的空腔。
6.如权利要求1所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，所述步骤S2与步骤S3之间还包括：将所述第二生物质炭粉碎为颗粒，颗粒的粒径小于2mm。
7.如权利要求1所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述土壤的耕层为土壤地面至地面以下32cm～50cm的土层。
8.如权利要求1所述的利用生物质炭的土壤改良方法，其特征在于，所述棉秆生物质炭的比表面积为195m2g-1～200m2g-1。
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