成都生物所研发秸秆与沼液联产炭基肥和腐殖酸钾水溶肥技术

　　

 厌氧消化产沼气或生物天然气是畜禽粪便资源化利用公认最有效的技术手段，但是目前沼液的消纳处理和资源化利用已经成为制约沼气和生物天然气产业的技术瓶颈。沼液中含有丰富的营养物质，包括氮、磷、钾、微量元素、氨基酸和维生素，因此可被用作肥料或土壤改良剂。然而，当沼液的施用量超过农田土壤承载能力时，沼液不得不当作废水处理，这不仅增加了生产成本，而且造成了巨大的营养资源浪费。因此，发展沼液的处理和利用技术，尤其回收沼液中的养分，已成为沼气产业的一项紧迫任务。 

 另一方面，国内外学者将农林废弃物通过水热碳化制备成生物炭，实现秸秆资源化利用和碳负排，并通过生物炭吸附沼液中的养分生产炭基肥，可将秸秆资源化利用、沼液养分回收、碳负排等需求结合到一起。然而，生物炭对沼液中氮、磷、钾等养分的吸收只是物理吸附，养分吸收能力有限。为此，中国科学院成都生物研究所李东研究员提出一种秸秆和沼液联合水热碳化的技术路径，将水热碳化和沼液养分回收结合到一起，预期利用水热过程的化学键合和物理吸附作用，提高生物炭对沼液养分的吸收能力。 

 为全面探究玉米秸秆与鸡粪沼液联合水热碳化对沼液中的养分回收效果，中国科学院成都生物研究所硕士研究生蒋悔尔在李东研究员的指导下，探究了温度和固液比对玉米秸秆与沼液联合水热碳化对沼液中养分回收的影响，并在最佳温度和固液比的条件下对比了玉米秸秆与沼液联合水热碳化（HTCBS）与玉米秸秆水热碳化后再吸附沼液（HTC-BSA）的养分回收效果。结果显示，HTCBS工艺的最佳温度为250℃，最佳固液比为1:10。液相中TN、NH₄⁺-N、TP浓度与原始沼液相比分别降低了30%、64%和91%，而TK浓度与原始沼液相比增加了36%。与传统的HTC-BSA工艺相比，HTCBS工艺对沼液中氮、磷的处理效果更显著，表明其更适合用于从沼液中回收养分，但二者对钾均无吸附作用。通过元素组成、FT-IR、XPS、XRD等分析，揭示了玉米秸秆与沼液联合水热碳化对沼液中N、P、K的迁移机理。沼液中的N通过形成C-N键而被吸附，沼液中的P则是通过与钙、镁、铁、铝等形成金属磷酸盐沉淀而被回收，HTCBS工艺对沼液中的K均无吸附作用，反而会促进生物质中K的释放。此外，研究发现，经HTCBS工艺后产生大量腐殖质并溶解在水热碳化液相中。建议采用HTCBS技术生产富含N、P的炭基肥和腐植酸钾水溶肥。该研究针对HTCBS技术对沼液中N、P、K的养分回收进行了深入分析研究并揭示了其内在机理，为该技术的规模化应用提供了理论和技术支撑。 

 本研究得到了国家重点研发计划课题(2019YFD1100603)、四川省科技计划项目（2021ZHZY0016）、中科院“西部之光”项目(2018XBZG_XBQNXZ_A_004, 2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)、四川省委组织部人才专项基金的联合资助。研究成果以硕士研究生蒋悔尔为第一作者、李东研究员为通讯作者发表在Journal of cleaner production期刊上。 

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　　玉米秸秆与沼液联合水热碳化联产炭基肥和腐殖酸钾水溶肥