生物質(zhì)灰渣的利用[嚴(yán)選材料]

1、生物質(zhì)灰渣的性質(zhì)研究摘要生物質(zhì)灰渣的pH高,含有豐富的鉀、硅以及多種微量元素,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以用作土壤改良劑和制取多元復(fù)合肥料。以往對生物質(zhì)灰渣的研究和資源化利用大多局限于建筑、化工等行業(yè)方面,而在農(nóng)業(yè)方面特別是農(nóng)業(yè)化學(xué)行為的研究卻鮮有報(bào)道。本文以四種不同類型的生物質(zhì)灰渣(鋸木灰、谷殼灰、玉米灰、水稻灰)為研究對象,分析了生物質(zhì)灰渣的物理化學(xué)特性,探討灰渣在不同濃度下對磷吸收、解吸特性。關(guān)鍵詞： 生物質(zhì)灰 吸附解吸 物理化學(xué)特性第1章 背景及研究意義中國作為一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國,每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活中不可避免會(huì)產(chǎn)生品種多、數(shù)量大以及形態(tài)各異的農(nóng)業(yè)廢棄物,農(nóng)業(yè)廢棄物包括作物稻稈、果殼、農(nóng)產(chǎn)品加工

2、廢棄物、禽畜糞便等,而這些農(nóng)業(yè)廢棄物具有污染環(huán)境、儲(chǔ)存再生利用的特性。中國作為農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,如何充分有效地利用并將其加工轉(zhuǎn)化“變廢為寶”,對農(nóng)業(yè)資源的有效利用,減少環(huán)境的污染,改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。目前,國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用主要有詞料化、肥料化、能源化以及基質(zhì)化等幾個(gè)方向。隨著人類對能源的需要不斷增加,應(yīng)用農(nóng)業(yè)廢棄物直接燃燒產(chǎn)能越來越受到各國的重視,以農(nóng)作物稻桿為主的生物質(zhì)直燃發(fā)電,不僅能使環(huán)保和節(jié)能效益顯著,也是我國大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),利用可再生資源的重要嘗試。當(dāng)今,生物質(zhì)直接燃燒產(chǎn)能進(jìn)入大規(guī)模推廣階段,大規(guī)模的生物質(zhì)燃燒,也相應(yīng)的產(chǎn)生了大量的生物質(zhì)灰。根鋸環(huán)

3、境保護(hù)和資源開發(fā)的需要，提高生物質(zhì)灰的利用價(jià)值,而不只是簡單的填埋處理,成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的問題。1.1農(nóng)業(yè)廢棄物的特性農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì),主要指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物;畜牧渣業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動(dòng)物類殘余廢棄物;農(nóng)業(yè)加工過程中產(chǎn)生的加工類廢棄物;農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾。通常所指的農(nóng)業(yè)廢棄物是種植業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的作物稻稈和養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的畜禽糞便1。農(nóng)業(yè)廢棄物具有數(shù)量大、分散性、季節(jié)和周期性、差異性等特點(diǎn)。中國是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,鋸統(tǒng)計(jì),我國每年產(chǎn)生畜禽糞便量26億t,農(nóng)作物稻桿7億t,蔬菜廢棄物1.0億t,鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾和人糞便25億

4、t,肉類加工廠和農(nóng)作物加工場廢棄物1.5億t,林業(yè)廢棄物(不包括薪炭柴)0.5億t,其它類有機(jī)廢棄物約有0.5億t,折合7億t的標(biāo)準(zhǔn)煤2。1.1.1農(nóng)業(yè)廢棄物的種類(1)種植廢棄物種植廢物中我國的農(nóng)作物稻稈產(chǎn)量達(dá)5億噸,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加,這些廢棄物以年均5%-10%的速度增長3。就目前我國稻稈利用情況來看,大約有30%的稻軒直接用作農(nóng)村生活燃料,20%用作家畜詞料,2%-3%用作工業(yè)副生產(chǎn),6%直接還田。隨著農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,農(nóng)作物稻桿的大量剩余,使大量的稻稈被浪費(fèi)或就地焚燒,不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和火災(zāi)隱患,而且也造成了資源的巨大浪費(fèi)。(2)養(yǎng)殖廢

5、棄物我國是世界上經(jīng)營禽畜養(yǎng)殖業(yè)最早的國家之一4,養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展在改善我國人民生活水平,調(diào)整人民膳食結(jié)構(gòu),提高農(nóng)民收入作出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí),不可避免地產(chǎn)生了大量的“畜產(chǎn)公害”。畜禽類便和養(yǎng)殖污水任意堆棄、排放現(xiàn)象普遍存在,畜禽糞便已成為環(huán)境的重要污染源。畜禽廢棄物對水體的污染歸結(jié)起來主要是糞便中有機(jī)物的腐敗分解產(chǎn)物排入水體改變水體的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物群落組成,導(dǎo)致水體污染。對空氣污染主要是有機(jī)分解物產(chǎn)生的惡臭和有害氣體和代謝病原微生物的粉塵直接或間接危害人畜健康5。對土壤的污染主要是類便及分解產(chǎn)物攜帶的污染物質(zhì),超過本身自凈能力引起土壤組成和形狀發(fā)生改變6。1.1.2 農(nóng)業(yè)廢棄物的利用現(xiàn)狀(1)廢

6、棄物的肥料化農(nóng)業(yè)廢棄物含有植物生長所必須的礦質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì),利用農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)展有機(jī)肥料,不僅可以提供給土壤缺少的元素,還可以增加土壤微生物數(shù)量,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤理化性狀,達(dá)到改土培肥的作用。作物稻稈豐富的鉀、桂、氮等元素,是一種寶貴的有機(jī)肥資源。通過稻桿還田后土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分都有所增加。稻桿還田的持續(xù)增產(chǎn)作用十分明顯,每公頃還田4.5t稻稈。培肥階段增產(chǎn)率為14.6%,后持續(xù)階段增產(chǎn)率達(dá)20%7。楊文平等8通過在大田條件,以玉米稻稈還田對根際土壤酶活性的影響,得出稻稈還田有利于土壤根際酶活性的升高。李新舉等9對稻稈覆蓋和稻奸翻壓還田進(jìn)行了比較研究,結(jié)果表明無論是稻稈覆蓋還是稻桿翻

7、壓還田都能增加土壤孔隙度、減少土壤容重。曲學(xué)勇等10在山東東營的小麥種植中發(fā)現(xiàn),玉米稻稈還田條件下,土壤不同深度都保持了較高的含水量,土壤水分的有效性提高。李全起等11研究了稻軒覆蓋和灌溉相結(jié)合條件下冬小麥一夏玉米一年兩熟農(nóng)田耕層土壤速效養(yǎng)分含量的動(dòng)態(tài)變化,結(jié)果表明,稻稈覆蓋可明顯提高耕層土壤速效磷、速效鉀的含量。段華平等12研究表明,稻稈還田處理比無稻稈還田處理稻田土壤有機(jī)碳含量平均提高了 14.01%。稻桿肥料化的主要技術(shù)有稻稈直接還田、堆樞還田、過腹還田,直接還田是稻軒肥化最普遍和簡單的一種,是將作物直接鋪蓋于土壤表面。(2)農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化包括植物纖維性廢棄物的飼料

8、化和動(dòng)物性廢棄物的飼料化。植物纖維性廢棄物主要指農(nóng)作物稍汗類物質(zhì),其中含有纖維類物質(zhì)和少量的蛋白質(zhì),經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理,便可作為詞料應(yīng)用。動(dòng)物性廢棄物的詞料化主要指畜禽糞便和加工下腳料的飼料化13。(3)農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化沼氣發(fā)展模式實(shí)施原理是將農(nóng)作物的稻稈、人畜糞便等有機(jī)物在沼氣池厭氧環(huán)境中,通過沼氣微生物分解轉(zhuǎn)化后所產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為能源,可以有效緩解部分農(nóng)村地區(qū)的能源緊張情況和大量焚燒稻稈的矛盾。研究表明,農(nóng)作物稻稈、蔬菜瓜果的廢棄物和畜禽糞便都是制沼氣的好原料14。沼氣建設(shè)能增加農(nóng)民收入,一般一戶沼氣戶全年可增收節(jié)支1500元左右。鋸調(diào)查,每個(gè)沼氣池平均每戶每年可節(jié)省煤2噸,折節(jié)省薪

9、柴2.5噸,相當(dāng)于0.23公頃薪炭林年生長量,或相當(dāng)于6.66-10公頃干旱草地的年地表生物量被保護(hù)15。沼液沼渣是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥,可作農(nóng)作物的基肥和追肥,沼液還可作根外追肥生產(chǎn)無公害綠色食品。沼肥保氮率高達(dá)99.5%,氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化率16.5%,分別比敞口摳肥高18%和1.25倍,是一種速緩兼?zhèn)涞亩嘣獜?fù)合有機(jī)肥料。通過幵展沼肥綜合利用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:施用沼肥與直接施用人畜糞便相比,土豆每畝產(chǎn)量提高30%,蔬菜提高20%-25%,水果提高35%左右。更重要的是農(nóng)作物施沼肥后可提高品質(zhì),減少病蟲害,改良土壤結(jié)構(gòu)16。1.1.3稻稈灰渣的農(nóng)業(yè)利用稻稈作為生物質(zhì)的主體,是指農(nóng)作物籽實(shí)收獲以后的蓮桿桔葉部分,包

10、括禾本科期豆科兩大類。禾本科包括玉米稻、稻草、愛稻、高粱稻、粟稻、燕麥稻等。豆科包括大豆結(jié)、香豆稻與草籽稻。稻稈中有機(jī)質(zhì)含量平均為15%,平均含碳量44.22%、氮0.62%、磷0.25%、鉀0.44%,還含有鎂、鈣、硫及其他重要的微量元素,其蛋白質(zhì)、可溶性碳水化合物、礦物質(zhì)和胡蘿卜素含量低,而粗纖維含量高,稻稈細(xì)胞壁中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素緊密結(jié)合在一起。稻桿發(fā)電過程中,會(huì)產(chǎn)生約占稻稈量15%左右的灰渣。稻稈中堿金屬元素和氯元素的含量較高,在生物質(zhì)燃燒、氣化過程中很容易引起受熱面的積灰、磨損和腐蝕以及流化床中燃燒、氣化時(shí)床料結(jié)塊等現(xiàn)象形成稻桿灰渣。隨著循環(huán)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展許多國家開始大規(guī)模

11、采用稻稈進(jìn)行氣化或直接燃燒來發(fā)電,生物質(zhì)能源的不斷發(fā)展,火電廠產(chǎn)生的灰渣廢棄物也越來越多,堆積如山的灰渣不僅占用了大量的耕地,也污染了地下水,因此灰渣的綜合利用業(yè)越來越受到重視。無論在國外還是國內(nèi),考慮到生物質(zhì)燃燒利用過程的物質(zhì)循環(huán)和直燃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,合理有效地進(jìn)行灰渣的綜合利用不但可以變廢為寶、充分利用資源,而且還可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益17。1.2 研究目的和意義生物質(zhì)是指有機(jī)物中除了化石燃料外的來源于動(dòng)、植物能再生的物質(zhì)。將生物質(zhì)中C、S、CI、N含量較低,0含量較高,其燃燒所釋放的C02被植物物吸收進(jìn)行光合作用。生物質(zhì)燃料包括農(nóng)業(yè)生物質(zhì),即稻草、稻殼及麥稻等農(nóng)作物收獲后的殘

12、疾物;森林生物質(zhì)即、木屑、樹皮、樹林剪枝木、木塊等。生物質(zhì)組成成分的含量是由纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、類脂物、淀粉、單糖、水分等組成。生物質(zhì)廢棄物一般用作燃料或詞料,而大部分的就地堆積或焚燒,不僅浪費(fèi)了大量的資源,還嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。生物質(zhì)灰渣作為生物質(zhì)燃燒后的固體廢棄物,在我國隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展其排放量有逐年上升得趨勢,然而這些生物質(zhì)灰渣并沒有得到有效利用。經(jīng)研究表明生物質(zhì)灰浪不僅pH高,還含有一定量的P、K等礦質(zhì)元素,因此研究生物質(zhì)灰渣的特性,對如何開拓應(yīng)用途徑提高稻稈灰渣的利用水平、減少對環(huán)境的污染具有重要的指導(dǎo)意義,實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。以往對農(nóng)業(yè)廢棄物

13、的研究主要集中在直接進(jìn)行資源利用所產(chǎn)生的效益,例如稻稈還田產(chǎn)生的肥料效益、用作禽畜飼料以及通過發(fā)電產(chǎn)生能源,對灰蜜的研究也大多是在化工領(lǐng)域當(dāng)中的灰渣,而國內(nèi)外對生物質(zhì)灰渣的理化特性以及在農(nóng)業(yè)中的利用研究較少。本文通過研究生物質(zhì)灰渣的物理化學(xué)特性,和對磷和鉀的吸附和解吸特性與化肥的加合性,以此利用生物質(zhì)灰渣生產(chǎn)復(fù)合肥。第2章 生物質(zhì)灰渣的物理化學(xué)組成特征2.1生物質(zhì)灰渣的物理特性2.1.1生物質(zhì)灰渣的顆粒粒徑分布特征研究對象為鋸木灰、谷殼灰、玉米灰、水稻灰。表3-1 不同灰渣的顆粒粒徑分布粒徑分布2mm1mm-2mm0.5mm-1mm0.25mm-0.5mm0.125-0.25mm2mm、lmm

14、-2mm、0.5mn-lmm粒徑范圍所占的比例均為水稻灰玉米灰 谷殼灰鋸木灰:0.25mm-0.5mm粒徑范圍所占的比例表現(xiàn)為玉米灰谷殼灰水稻灰鋸木灰；0.125mm-0.25inm粒徑范圍所占的比例表現(xiàn)為谷殼灰玉米灰水稻灰鋸木灰；水稻灰谷殼灰玉米灰。鋸木灰粒徑在0.125mm范圍內(nèi)所占比例最大,在1mm?2mm粒徑范圍內(nèi)所占的比例最小。谷殼灰、玉米灰、水稻灰在粒徑0.25mm-0.5mm和0.125mm-0.25mm范圍內(nèi)占有的比例較大(大于50%),在 1mm-2mm和0.125mm粒徑范圍內(nèi)所占的比例較小。除了谷殼灰和水稻灰在0.125mm粒徑范圍內(nèi)所占的百分比表現(xiàn)出差異性不顯著外,在其

15、余粒徑范圍內(nèi)四種灰渣差異性達(dá)顯著水平。隨著顆粒粒徑的變小,鋸木灰的占有比例增大,谷殼灰、玉米灰、水稻灰的占有比例先增大后減小。2.1.2不同生物質(zhì)灰渣的持水性表2-2不同灰渣的自然含水量和最大持水量及相關(guān)分析灰渣類型自然含水量最大持水量鋸木灰4.70368.41谷殼灰1.40222.36玉米灰1.09198.73水稻灰3.59278.92從表2-2可以看出,自然含水量最大的為鋸木灰4.7%,最小的為玉米灰為1.09%,四種灰渣的自然含水量大小順序?yàn)橛衩谆夜葰せ宜净忆從净?自然含水量最大的鋸木灰為自然含水量最小的玉米灰的4.31倍。最大持水量最大的為鋸木灰368.41%,最小的為玉米灰198.

16、73%,其大小順序?yàn)?玉米灰谷殼灰水稻灰鋸木灰。即灰渣的最大持水量越大,其自然含水量就越大。陳曦等18研究表明稻草、棕櫚葉、黃麻的最大持水量在112%-376%之間與灰渣的最大持水量相近,這是由于有機(jī)質(zhì)中含有經(jīng)基,胺基,羧基等極性基團(tuán)的物質(zhì)吸水性較好,因?yàn)檫@些基團(tuán)可與水形成氫鍵,能較好的吸收水分。而灰渣中表面大量的Si-0-Si鍵與水作用后,使顆粒表面產(chǎn)生大量的輕基而顯示出親水性,這種高的水分滲透性提高了灰渣的持水性能。2.2生物質(zhì)灰渣的主要化學(xué)元素組成四種灰渣中的K、Fe、Mg、Ca的組成存在較大的差異,其含量變動(dòng)分別為:21.06-91.25、3.38-17.07、2.69-19.52、0

17、.01-15.07g/kg， P、Cu、Mn、Zn的組成在四種灰渣中差異不大,其含量變動(dòng)分別為:1.93-7.03、0.09-0.21.0.42-1.98、0.06-0.24g/kg。P的含量在鋸木灰中最高,為其他三種灰渣的2-3倍；K在各類灰渣中含量較髙,且最為穩(wěn)定,其中K含量最高的是水稻灰,為82.74-91.25g/kg,其他三種灰密度中K的含量相近；Fe、Mg、Ca含量最大的是鋸木灰明顯高于其他三種灰渣,Fe、Mg、Ca在谷殼灰、玉米灰、水稻灰的含量相近；Cu、Mn、Zn在四種灰渣中得的含量都相對較低且趨于一致。2.3小結(jié)研究四種灰渣的物理化學(xué)特性,包括粒徑組成、自然含水量、最大持水量

18、,以及主要化學(xué)組成,研究結(jié)果表明:1、四種灰渣中鋸木灰的粒徑分布明顯不同于谷殼灰、玉米灰、水稻灰,鋸木灰中其粒徑含量最多的為0.125mm粒徑范圍,含量最少的為1mm-2min粒徑范圍；谷殼灰、玉米灰、水稻灰的其粒徑含量最多的為0.125nim-0.25mm粒徑范圍,含量最少的為1mm-2mm粒徑范圍。隨著粒徑范圍的變大鋸木灰的含量逐減小,而谷殼灰、玉米灰、水稻灰的隨著粒徑范圍的增大含量表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。2、種灰渣中自然含水量和最大持水量的大小均為玉米灰谷殼灰水稻灰Mg Ca Fe P Mn ZnCu,谷殼灰、玉米灰、水稻灰的各化學(xué)組成的含量相似,平均值大小為KFeMgP Mn,而Zn

19、、Ca、Cu在該三種灰渣中含量很低且大小相近,其中Zn的平均值為 0.06?0.22g/kg, Ca 的平均值為 0.03-0.07g/kg,Cu 的平均值為 0.08-0.11g/kg。四種灰渣中K的含量明顯高于其他化學(xué)組成,尤其以水稻灰中含的K最高,這是因?yàn)殁涀鳛橹参锷L的必要元素,特別水稻稈這種典型的生物質(zhì)含氧量高,鉀在稻稈中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,且大部分以水溶性或者可離子交換性物質(zhì)的形式存在,雖然燃燒過程中鉀處于易揮發(fā)狀態(tài),但仍有大部分灰礦物鉀殘留于灰分中19。鋸木灰中Fe、Mg、Ca的含量明顯的高于其他三種灰渣,這是因?yàn)殇從净业膒H值明顯大于谷殼灰、玉米灰、水稻灰,這些堿性化合物具有較高

20、的溶解活性和移動(dòng)性,含量隨著pH的增加而增加。第3章 生物質(zhì)灰渣對磷的吸附解吸特性3.1生物質(zhì)灰渣對磷的吸附解吸特征灰渣作為一種常見的固等體廢棄物具有較大的比表面積,大的比表面積使其具有固體吸附特性,灰渣顆粒表面的活性基團(tuán)(-OH)以及灰渣中的活性鐵鋁均能對水溶性磷酸鹽發(fā)生吸附作用,這種吸附通常稱為陰離子專性吸附或化學(xué)沉淀反應(yīng),磷酸鹽被吸附后,逐漸轉(zhuǎn)化為固體態(tài)。灰渣對磷的吸附于解吸能力對土壤中磷的生物有效性有重要影響。3.1.1不同灰渣對磷的吸附影響從表3-1中可以看出:四種灰渣磷都有較大的吸附量,隨著加入液中磷濃度的增加,灰渣對磷的吸附逐漸增加,在加入濃度為2000mg/L時(shí)最大,但增加的速

21、率變緩,在最大濃度條件下灰渣對磷的吸附量為5.15-13.02g/kg。不同灰渣的最大吸附量差異較大,玉米灰的吸附量最大為13.02g/kg,谷殼灰的吸附量最小為5.15g/kg,兩者相差兩倍多。在加入磷濃度為100、200、400、500、800mg/L溶液中,鋸木灰的吸附量最大,谷殼灰旳吸附量最小,四種灰渣的吸附量的大小順序?yàn)?鋸木灰玉米灰水稻灰谷殼灰。在加入濃度為1500、2000mg/L的溶液中,玉米灰的吸附量最大,谷殼灰的吸附量最小,四種灰渣的吸附量的大小順序?yàn)?玉米灰鋸木灰水稻灰谷殼灰。鋸木灰在加入的磷溶液的濃度在1500mg/L時(shí)吸附量的增加速率出現(xiàn)急劇下降,玉米灰在加入的磷濃度

22、在2000mg/L時(shí)吸附量的增加速率出現(xiàn)急劇的下降,而谷殼灰和水稻灰吸附量的增加速率的拐點(diǎn)則不明顯。由于鋸木灰含有的Ca、Mg、Fe化合物較高,這些化合物能與水溶態(tài)的磷酸鹽發(fā)生化學(xué)沉淀作用,因此鋸木灰在不同濃度下其吸附量都較高。表3-1不同灰渣對磷的吸附特征灰渣項(xiàng)目加入濃度（mg/L）100200400500800100015002000鋸木灰C2.364.579.3630.5692.56147.98521.54879.37X0.981.953.914.697.078.529.7811.21谷殼灰C60.71120.34242.16308.43497.34648.561035.861485.2

23、3X0.390.81.581.923.033.514.645.15玉米灰C20.8640.1883.42106.15181.16221.51387.28689.35X0.791.603.173.946.197.7811.1213.02水稻灰C41.6984.5168.2212.6352.84452.6748.231105.36X0.61.012.302.884.475.477.528.95注：C-平衡濃度（mg/L）；X-吸附量（g/kg）從表3-2鋸木灰、谷殼灰、玉米灰、水稻灰的對磷酸鹽的吸附率都隨著加入濃度的增大而減小,在加入濃度為2000mg/L時(shí)最小。由于不同灰渣的礦物化學(xué)組成不同,導(dǎo)

24、致灰渣中的活性基團(tuán)以及活性的金屬元素與水溶性的磷酸鹽發(fā)生的吸附作用存在差異。磷溶液在100-1000mg/L范圍內(nèi),吸附率的大小表現(xiàn)為:鋸木灰玉米灰水稻灰谷殼灰。在100mg/L時(shí),灰密中的吸附率達(dá)到最大值,為58%-97%,最大值的鋸木灰為最小值的谷殼灰的1.67倍。加入的磷溶液在1500-2000mg/L時(shí),吸附率的大小表現(xiàn)為:玉米灰鋸木灰水稻灰谷殼灰。在2000ing/L時(shí),灰渣的吸附率達(dá)到最小,其中玉米灰的吸附率最大為0.65,谷殼灰的吸附率最小為0.26,兩者相差兩倍多。整個(gè)過程中隨著加入濃度的變化,鋸木灰的吸附率在磷濃度為100-800mg/L范圍內(nèi)吸附率保持在90%以上,當(dāng)磷濃度

25、為l000 mg/L時(shí),吸附率出現(xiàn)急劇的下降為65%。谷殼灰、玉米灰、水稻灰隨著加入磷濃度的增加,吸附率下降的幅度比較平緩。表3-2不同灰渣對磷的吸附率(%)灰渣加入P的濃度（mg/L）100200400500800100015002000鋸木灰97.6497.7297.6693.8988.4385.2065.2356.03谷殼灰39.2939.8339.4638.3237.8335.1430.9425.74玉米灰79.1479.9179.1578.7777.3677.8574.1565.09水稻灰58.3157.9157.8157.5155.9054.7150.544.74土壤、膠體或者氧化

26、物對對溶液中養(yǎng)分的吸附作用通?？梢杂肍reundlich方程LnX=Lna+bLnC和Langmuir方程C/X=C/Xm+l/ (K-Xm)來進(jìn)行描述。四種灰渣對磷的吸附Freundlich方程和Langmuir方程下的擬合結(jié)果,由表可以看出,兩種方程都能很好的擬合灰渣對磷的吸附過程,其相關(guān)系數(shù)為0.9458-0.9%7之間。其中,除了鋸木灰與Langmuir方程吻合較好外,其余三種灰渣與Freundlich方程吻合更好,相關(guān)系數(shù)為0.9881-0.9937,這與過去的研究認(rèn)為,Freundilich方程更適合氧化物對磷的吸附相一致。在Langmuir方程參數(shù)中,Xm為最大吸附量,K則反映的

27、是與吸附結(jié)合能有關(guān)的常數(shù),具有吸附強(qiáng)度的意義。如K值越大,說明固體對磷的吸附速率相對較大,解吸速率相對較小。參數(shù)Xm能很好的反映不同灰渣對磷吸附的差異以及吸附潛力,Xm值得大小順序?yàn)?玉米灰水稻灰鋸木灰谷殼灰,Xm值最大的玉米灰為24.75,Xm值最小的谷殼灰為10.54,兩者相差兩倍多。最大緩沖容量MBC為K與Xm的乘積,能綜合吸附量與強(qiáng)度因子的綜合參數(shù),表示固體對養(yǎng)分的吸附特性。MBC越大,吸附能力越強(qiáng);MBC越小,吸附能力越弱。灰渣的MBC值大小順序?yàn)?鋸木灰玉米灰水稻灰谷殼灰。四種灰渣的MBC為0.0075-0.2935之間。Freundilich方程是經(jīng)驗(yàn)方程,參數(shù)a、b并不具實(shí)際的

28、物理意義。將Langmuir方程旳MBC與Freundlich方程的a進(jìn)行相關(guān)分析,r值=0.9976,達(dá)到顯著相關(guān)(r=0.834,n=8),這表明a可以表征灰渣對磷酸鹽的吸附能力,a值越大,則吸附磷的能力越強(qiáng)。表3-3不同灰渣對磷的吸附方程灰渣Langmuir吸附方程C/X=C/X+1/(K*Xm) Freundilich吸附方程LnX=Lna+bLnCrXmKMBCrab鋸木灰0.996711.422.5710-20.29350.94751.13900.3698谷殼灰0.970910.547.1410-40.00750.98930.01550.8246玉米灰0.968524.751.71

29、10-30.04410.98810.07650.8264水稻灰0.980720.457.5110-40.01530.99370.02730.8519注:C-平衡液濃度(mg/L)；X-吸附量(g/kg)3.1.2不同灰渣對磷的解吸影響以四種灰渣解吸量與加入的磷的濃度做等溫解吸曲線如圖3-1所示,總體上來看,被灰渣吸附的磷只能部分被解吸下來,隨著加入的磷濃度的增加,解吸量也隨之增加。在100-400mg/L的磷溶液中,灰渣中解吸量增加迅速,這可能是吸附磷過后灰渣的表面的飽和度較大與磷結(jié)合力較弱的緣故,在此范圍四種灰渣解吸量的大小表現(xiàn)為：玉米灰水稻灰谷殼灰鋸木灰,最大玉米灰為最小的鋸木灰的1.25

30、-1.5倍。溶液中的磷濃度400mg/L時(shí),灰渣對磷的解吸量的增加放緩,這可能與灰渣吸附的強(qiáng)度增加有關(guān)。在磷溶液的濃度為400mg/L時(shí),四種灰渣的解吸量相近,變化范圍分別0.94-1.2mg/L、1.12-1.31mg/L、1.19-1.38mg/L。在外源磷溶液濃度為1000-2000mg/L時(shí),灰渣的解吸量的大小順序表現(xiàn)為:鋸木灰玉米灰水稻灰谷殼灰。整個(gè)過程中灰渣的解吸量在0.28-1.81mg/g范圍內(nèi)變動(dòng),在加入的磷濃度為2000mg/L時(shí),四種灰渣的解吸量都達(dá)到最大值為解吸量最小時(shí)的3.5-6.4 倍。圖3-1 不同灰渣對磷的等溫解吸曲線磷的解吸率能反映灰渣吸附磷的活性,更能放映出

31、隣的解吸特征,一般來說解吸率大小由吸附強(qiáng)度的高低決定,吸附強(qiáng)度越大,解吸率越小。加入不同磷濃度對水稻灰、谷殼灰、玉米灰的解吸率的影響大,對鋸木灰的影響相對較小。解吸反應(yīng)在一定的程度上是吸附反應(yīng)的逆反應(yīng),因此同吸附反應(yīng)一樣,也可以用Langmuir方程擬合等溫解吸曲線。以灰渣在不同濃度下所得的平衡液濃度為橫坐標(biāo),平衡液濃度與解吸量的比值為縱坐標(biāo)做Langmuir方程擬合的等溫解吸曲線圖。將擬合的結(jié)果和所得的表征解吸特性的參數(shù)列于表3-4。由表3-4可見Langmuir方程能較好地?cái)M合四種灰渣的等溫解吸特性,所得的相關(guān)系數(shù)r均達(dá)到顯著水平。表中K為解吸平衡常數(shù)其大小能在某種程度上反應(yīng)灰渣對吸附磷的

32、解吸能力的強(qiáng)弱。鋸木灰的k值最大為3.401,谷殼灰的k值最小為0.079。最大解吸量Qm反映在一定溫度、電解質(zhì)等試驗(yàn)條件下,灰渣對吸附磷的解吸可能達(dá)到的極限值,玉米灰的Qm最大為24.75g/kg,谷殼灰的Qm最小為10.54g/kg。最大緩沖容量MBC綜合了強(qiáng)度因子和容量因子,可以表征灰渣的解吸能力,鋸木灰的MBC值最大為38.46mL/g,谷殼灰的MBC值最小為0.83mL/g。表3-4 Langmiur方程擬合灰渣的等溫解吸曲線灰渣Langmiur方程相關(guān)系數(shù)解吸平衡常數(shù)K(L/g)最大解吸量Qm（g/kg）最大緩沖量MBC（Ml/g）鋸木灰y=0.0884x+3.32690.9969

33、3.40111.3038.46谷殼灰y=0.09494x+132.870.970900.07910.540.83玉米灰y=0.0404x+22.5980.96851.09524.7527.10水稻灰y=0.0489x+65.120.98070.31420.446.423.2小結(jié)本章通過灰渣對磷、鉀的吸附解吸試驗(yàn),測定出了四種灰渣在不同磷的濃度下吸附解吸情況,并用Langnmir方程、Freundlich方程等進(jìn)行擬合,探討了灰渣在不同溶液濃度下吸附量、吸附率、解吸量、解吸率的變化特征,研究結(jié)果表明:1、四種灰渣對磷的吸附量都隨著加入磷濃度的增加而增加,但吸附率隨著加入磷濃度的增加而減少。磷濃度

34、為100-1000mg/L時(shí)吸附量和吸附率的大小表現(xiàn)為:鋸木灰玉米灰水稻灰谷殼灰；磷濃度為1500-2000mg/L時(shí)吸附量和吸附率的大小表現(xiàn)為:玉米灰鋸木灰水稻灰谷殼灰。由于谷殼灰中活性鐵、鋁以及游離鈣、鎂含量較少,導(dǎo)致與水溶性的磷酸鹽發(fā)生的專性吸附相對較弱,而且谷殼灰中還含有一定量的有效磷,這些使谷殼灰隨磷的吸附產(chǎn)生抑制作用。用Langmuir方程和Freundlich方程都擬合四種灰渣的等溫吸附曲線,得到的相關(guān)系數(shù)都達(dá)到顯著水平。鋸木灰用Langmuir方程擬合的效果好于Freundlich方程,而谷殼灰、玉米灰、水稻灰中用Freundlich方程擬合效果好于用Langmuir方程擬合。2、隨著加入磷濃度的增加,灰渣的解吸量也隨之增加,而解吸率則出現(xiàn)減小且谷殼灰的解吸率明顯高于其他三種灰渣。這與王里奧研究土壤吸附解吸所得到研究結(jié)果基本一致88,表明解吸過程可能與吸附機(jī)理有關(guān),同時(shí)也表明了土壤的解吸活化要有一定的范圍89。加入磷溶液的濃度較低時(shí),灰渣表面的吸附位點(diǎn)相對充足,被吸附的磷不容易解吸下來,當(dāng)磷溶液逐漸增加時(shí),吸附位點(diǎn)的磷逐漸被飽和,吸附能力低,以其他方式吸附的磷易被解吸下來,此外低濃度下磷的解吸率較高可能是由于灰渣本身釋放的磷引起的90。用Langmuir方程擬合灰渣的等溫解吸曲線,相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯