我国畜禽养殖业在高速发展的同时,产生的大量畜禽粪便也对环境和我国的可持续发展带来了威胁。本文采用热解炭化的方式处理牛粪与猪粪,探究其热解生物炭的肥料化利用特性,以期在解决环境污染的同时,实现畜禽粪便的资源化利用。为了探究热解温度对畜禽粪便热解得到生物炭理化特性、养分特性和孔隙特性的影响,同时考虑到添加秸秆能够改善畜禽粪便热解过程物料流动性、强化其传热传质效果,而混合热解对生物炭特性的机理影响需要深入进行研究。本课题组拟采用玉米芯秸秆为调理料与畜禽粪便进行混合热解炭化,旨在为畜禽粪便的肥料化利用提供试验依据与参考,本文的主要研究内容及结果如下:(1)原料的基本特性(元素分析、组分分析)是影响热解生物炭的重要因素。玉米芯秸秆较牛粪与猪粪具有较高含量的纤维素和半纤维素,而低温热解过程中主要是纤维素和半纤维素的分解。畜禽粪便与植物类生物质相比C含量低而O含量相对较高,这是导致畜禽粪便和植物类生物质的低位发热量较低的主要原因。(2)热解条件对畜禽粪便与秸秆混合生物炭的基本特性(炭产率、pH、工业分析)的影响表现为:热解温度为200℃时,畜禽粪便与秸秆混合物热解反应不明显,超过200℃时,随着热解温度的升高,生物质热解反应加剧,炭产率下降,pH升高。玉米芯秸秆的添加有助于调节畜禽粪便与秸秆混合热解生物炭的高碱性pH。玉米芯秸秆相对牛粪与猪粪含有更多的挥发分和更少的灰分,热解过程中,生物炭挥发分减少,灰分增加,同时得到的固定碳含量增加。(3)畜禽粪便与秸秆混合生物炭的养分特性分析结果表明,热解温度的升高会导致生物炭中全P、全K含量的升高以及Mg、Ca、Na和Fe等矿质元素、Cu和Zn等重金属元素的富集,而全N损失加剧。猪粪与秸秆混合热解生物炭较牛粪与秸秆混合热解生物炭具有更好的养分特性,适宜利用其养分特性施用于土壤。其中,热解温度为300℃、秸秆添加量为20%的猪粪与玉米芯秸秆混合生物炭养分特性表现最好,并且符合相关有机肥料标准,适宜作为有机肥料施用于土壤。(4)畜禽粪便与秸秆混合生物炭的孔隙特性分析结果表明,牛粪与秸秆生物炭、猪粪与秸秆生物炭分别在热解温度为400℃、500℃时,生物炭的总孔隙率、比表面积和总孔容积等孔隙特性表现最好,牛粪与秸秆生物炭较猪粪与秸秆生物炭具有更好的孔隙特性,适宜利用其孔隙特性施用于土壤。牛粪与秸秆混合生物炭对水中氨氮及硝酸盐吸附与生物炭的比表面积呈正向相关关系。添加牛粪与秸秆生物炭到土壤中有助于增加土壤对氨氮的吸收。添加不同质量分数的牛粪与秸秆生物炭(热解温度为400℃,添加秸秆量为20%)对有机基质土中氨氮及硝酸盐的保固试验表明:添加质量分数为2%的生物炭能够降低有机基质土中56.32%的氨氮损失,添加质量分数为10%的生物炭能够降低有机基质土中33.91%的硝酸盐损失。综合试验研究结果,猪粪与秸秆生物炭适宜利用其养分特性,可选择热解温度为300℃、秸秆添加量为20%的猪粪与玉米芯秸秆混合生物炭作为有机肥施用于土壤;热解温度为500℃,添加秸秆量为20%的猪粪与玉米芯秸秆混合生物炭可考虑作为磷肥施用于土壤。牛粪与玉米芯秸秆混合生物炭适宜利用其孔隙特性,可考虑将热解温度为400℃,秸秆添加量为20%的牛粪与秸秆生物炭作为土壤添加剂或土壤改良剂施用于土壤。秸秆的添加能有助于畜禽粪便的脱水预处理,对热解过程的传热传质及对热解设备的结渣等实际生产都有良性作用,应该根据实际生产要求、施用土壤类型及生物炭目标用途等选择添加秸秆量。