基于碳中和的有机垃圾热解特性及效应研究
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作者张尚毅等著
出版社科学出版社
ISBN9787030766045
出版时间2023-10
装帧平装
开本其他
定价168元
货号14151401
上书时间2024-12-23
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目录
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序
前言
第1章 有机垃圾热解有效促进碳中和 1
1.1 引言 1
1.2 全球碳中和状况 7
1.2.1 中国的碳中和 8
1.2.2 欧洲的碳中和 10
1.2.3 美国的碳中和 12
1.2.4 其他国家的碳中和 14
1.3 碳中和中的生物质能 16
1.3.1 全球生物质能利用状况 17
1.3.2 中国生物质能利用状况 19
1.3.3 热解在生物质利用中的作用 20
第2章 热解研究与利用概述 22
2.1 引言 22
2.2 影响热解效果的因素 22
2.2.1 温度对热解特性的影响 22
2.2.2 升温速率对热解效果的影响 23
2.2.3 不同组分对热解效果的影响 24
2.2.4 热解气氛对热解效果的影响 24
2.2.5 多组分混合热解相互影响机理 25
2.3 有机垃圾热解性状 25
2.3.1 热解产物的组成 25
2.3.2 污染物的析出特性 26
2.3.3 热解炭特征结构 27
2.3.4 热解炭元素组成及其影响因素 27
2.3.5 热解炭表面结构特征 28
2.4 热解碳的环境背景及意义 29
2.4.1 环境问题日益被关注 29
2.4.2 城镇化带来的污染 30
2.4.3 有机垃圾的热解探索 30
2.5 热解炭形成机理及关键技术 31
2.5.1 有机垃圾热解炭性状 31
2.5.2 有机垃圾热解炭形成过程 31
2.5.3 Illumina测序技术 32
2.5.4 CCA和RDA技术分析 33
2.5.5 有机垃圾热解技术路线 34
第3章 有机垃圾热解炭孔隙结构研究 35
3.1 引言 35
3.2 有机垃圾的选择与热解炭形成 35
3.2.1 有机垃圾的组样选择 35
3.2.2 有机垃圾热解炭试验设计 36
3.2.3 有机垃圾热解炭的制备 38
3.2.4 4V/SbetT和BET检测方法 39
3.3 有机垃圾热解炭分析 39
3.3.1 单组分有机垃圾热解炭的孔隙结构 39
3.3.2 垃圾性质对热解炭孔隙结构的影响 43
3.4 小结 52
第4章 有机垃圾热解炭表面化学性质 54
4.1 引言 54
4.2 有机垃圾热解炭形成的材料与方法 54
4.2.1 供测试所需的热解炭 54
4.2.2 有机垃圾试验设计 54
4.2.3 有机垃圾分析测试 55
4.3 有机垃圾热解炭形成及分析 56
4.3.1 有机垃圾热解炭的pH测试 56
4.3.2 有机垃圾热解炭表面官能团性状 57
4.3.3 有机垃圾热解炭表面元素组成 67
4.4 小结 73
第5章 有机垃圾热解三相产物分布及其化学组成 75
5.1 引言 75
5.2 有机垃圾热解炭形成途径 76
5.2.1 试验材料的工业分析 76
5.2.2 试验材料的元素分析 77
5.2.3 有机垃圾热解炭分析测试 77
5.3 有机垃圾热解炭分析 79
5.3.1 热解产物的产率分布 79
5.3.2 三相产物的元素分布 80
5.3.3 热解焦油的化学组成 87
5.3.4 热解气的化学组成 91
5.4 小结 95
第6章 有机垃圾热解炭对土壤理化性质的影响 97
6.1 引言 97
6.2 原料来源与使用 97
6.2.1 试点原料的来源 97
6.2.2 试验组分结构 98
6.2.3 热解炭加入土壤后分析测试 100
6.2.4 Spearman数据处理 100
6.3 试验结果分析 101
6.3.1 热解炭对土壤pH的影响 101
6.3.2 热解炭对土壤CEC的影响 105
6.3.3 热解炭对有机质的影响 108
6.4 小结 112
第7章 有机垃圾热解炭对土壤温室气体排放的影响 114
7.1 引言 114
7.2 试验所需材料与检测方法 115
7.2.1 试验所需材料 115
7.2.2 试验设计与检测 115
7.2.3 试验分析测试方法 116
7.2.4 分析检测数据 116
7.3 检测结果的分析研究 117
7.3.1 热解炭对土壤CO2排放的影响 117
7.3.2 热解炭对土壤N2O排放的影响 120
7.3.3 温室气体排放量与土壤理化性质的相关性 125
7.4 小结 126
第8章 有机垃圾热解炭对土壤微生物群落的影响 128
8.1 引言 128
8.2 试验检测方法与途径 129
8.2.1 热解炭渗入土壤生物效应 129
8.2.2 重铬酸钾容量检测法 131
8.2.3 实时荧光定量PCR检测技术 132
8.2.4 Miseq数据处理 133
8.2.5 检测数据分析 134
8.3 检测结果分析 134
8.3.1 有机垃圾热解炭对紫色土有机质的影响 134
8.3.2 有机垃圾热解炭对紫色土铵态氮含量的影响 136
8.3.3 有机垃圾热解炭对紫色土硝酸盐氮含量的影响 137
8.3.4 有机垃圾热解炭对紫色土总氮含量的影响 139
第9章 有机垃圾热解炭对细菌群落结构的影响 141
9.1 引言 141
9.2 有机垃圾热解炭对微生物多样性的影响 143
9.2.1 细菌在门水平上相对丰度 143
9.2.2 细菌在纲水平上的相对丰度 145
9.2.3 细菌在属水平上的相对丰度 148
9.3 细菌群落结构与土壤理化特性相关性 150
9.3.1 细菌与土壤环境变量的关系 150
9.3.2 TN为影响土壤细菌群落结构主因 152
9.3.3 土壤环境变量影响细菌群落结构 152
9.4 小结 153
第10章 有机垃圾热解的经济前景与效益 155
10.1 引言 155
10.2 有机垃圾热解炭对作物的影响 156
10.2.1 有机垃圾热解对作物施肥的影响 156
10.2.2 有机垃圾热解对作物氮循环的影响 157
10.2.3 有机垃圾热解对土壤呼吸的影响 158
10.2.4 有机垃圾热解炭对土壤环境的效应 158
10.3 有机垃圾热解炭的环境效益 160
10.3.1 有机垃圾热解减少环境污染 160
10.3.2 有机垃圾热解减少有害气体排放 161
10.3.3 有机垃圾热解减缓温室效应 162
10.4 有机垃圾热解的经济效益 163
10.4.1 有机垃圾热解对农业经济的影响 163
10.4.2 有机垃圾热解可再生化工原料 164
10.4.3 有机垃圾热解可实现碳汇交易 164
结束语 166
参考文献 169
附表A OFMSW热解焦油的主要化学成分 179
附表B OFMSW热解气的主要化学成分 185
附表C 缩略词注释表 187
致谢 188
内容摘要
利用生活垃圾中的有机组份热解制取热解炭，是一种有利于环境保护的垃圾处理技术。本论著系统研究了有机组份和热解温度（500～800℃）对热解炭形成过程及性状的影响。在此基础上，通过盆栽及静态箱栽培实验，研究不同终温热解炭和不同添加量对土壤pH值、阳离子交换量、有机质、铵氮、硝酸盐氮和总氮等理化性质的影响；同时观测土壤CO2和N2O的排放通量，研究有机垃圾热解炭对土壤固碳减排的效果；并通过Illumina高通量测序技术，对有机垃圾热解炭添加进土壤后的对土壤理化性质的影响，以及对微生物群落产生的作用，进行了比较深入的分析。在此基础上，分析了在500-800℃热解温度下有机垃圾热解炭孔隙结构，表明热解炭的孔隙结构受热解交互影响较为明显，也解析出有机垃圾热解炭表面化学性质，表明热解炭表面元素主要有C、0、N、Cl、Ca、Si、Na和K，且C元素含量优选，并随着温度的升高总体呈上升趋势，而O、H、N元素的含量随热解温度的升高而降低，S、Cl元素的含量相对稳定。研究还发现混合垃圾热解炭的芳香性随热解温度的升高呈增强趋势，热解炭官能团在组合组份热解炭中均有所反映。此外，还分析出有机垃圾热解三相产物分布及其化学组成，表明随着热解温度的升高热解炭的产率降低。同时，研究还指明了有机垃圾热解炭对土壤理化性质与温室气体释放的影响，表明热解炭能促进土壤pH提高，添加相同热解终温的热解炭，添加量越大土壤pH增加越大，热解炭的热解温度越高对土壤pH的提升效果越明显。与此同时，有机垃圾热解炭对土壤微生物群落的有着不同的影响，热解炭添加量显著提高了紫色土的SOM和TN含量，显著降低了紫色土中细菌的α-多样性，由此改变了土壤中细菌群落结构。
精彩内容
利用生活垃圾中的有机组份热解制取热解炭，是一种有利于环境保护的垃圾处理技术。本论著系统研究了有机组份和热解温度（500～800℃）对热解炭形成过程及性状的影响。在此基础上，通过盆栽及静态箱栽培实验，研究不同终温热解炭和不同添加量对土壤pH值、阳离子交换量、有机质、铵氮、硝酸盐氮和总氮等理化性质的影响；同时观测土壤CO2和N2O的排放通量，研究有机垃圾热解炭对土壤固碳减排的效果；并通过Illumina高通量测序技术，对有机垃圾热解炭添加进土壤后的对土壤理化性质的影响，以及对微生物群落产生的作用，进行了比较深入的分析。在此基础上，分析了在500-800℃热解温度下有机垃圾热解炭孔隙结构，表明热解炭的孔隙结构受热解交互影响较为明显，也解析出有机垃圾热解炭表面化学性质，表明热解炭表面元素主要有C、0、N、Cl、Ca、Si、Na和K，且C元素含量优选，并随着温度的升高总体呈上升趋势，而O、H、N元素的含量随热解温度的升高而降低，S、Cl元素的含量相对稳定。研究还发现混合垃圾热解炭的芳香性随热解温度的升高呈增强趋势，热解炭官能团在组合组份热解炭中均有所反映。此外，还分析出有机垃圾热解三相产物分布及其化学组成，表明随着热解温度的升高热解炭的产率降低。同时，研究还指明了有机垃圾热解炭对土壤理化性质与温室气体释放的影响，表明热解炭能促进土壤pH提高，添加相同热解终温的热解炭，添加量越大土壤pH增加越大，热解炭的热解温度越高对土壤pH的提升效果越明显。与此同时，有机垃圾热解炭对土壤微生物群落的有着不同的影响，热解炭添加量显著提高了紫色土的SOM和TN含量，显著降低了紫色土中细菌的α-多样性，由此改变了土壤中细菌群落结构。
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