农林废弃物田间曝氧水-火联动制炭设备及技术研究

生物炭具备固碳减排、提升地力、修复污染土壤等功效,但其推广应用面临着成本过高的难题。为降低其生产(设备与场地的运维费用)和使用成本(原料与炭品的运输费用),该文研发田间制炭技术,将生物质就地转化为生物炭。通过水-火联动技术,可在田间曝氧环境下制备得到生物炭。研究表明,原材料特性决定着成炭的操作工艺;其中,竹柳采用单向引燃、槽面喷水控温、通孔喷雾成炭的方式进行,棉秆采用单向引燃与控温、喷水横切炭体、喷雾成炭的方式进行,芦苇采用多位点引燃、槽面和通孔同时控温、逐层分区喷雾成炭的方式进行。采用该技术制备的生物炭表现出了较好的均质性,成炭率在30%左右;同时保存了较多的营养元素,如碳质量分数介于43.49%~60.30%、氮质量分数介于0.52%~0.86%;具有丰富的表面官能团,如羧基含量介于0.98~1.09mol/kg、酚羟基含量介于0.53~0.59mol/kg;具有较大的比表面积,介于16.0~262.2 m^2/g。竹柳、棉秆和芦苇在成炭过程中产生的烟气经尾气处理系统处理后(PM 2.5(56、66、68μg/m^3)、PM 10(100、114、128μg/m^3))均达到排放标准。该文提供的田间制炭技术操作简单、成本低且效率高。实践表明,农民在自家田里可制炭达1 t/(d·人),成本仅需162.5元/t。该文研究结果可为生物炭的推广应用提供参考。