微波辅助热解水生植物的方法、产品及氮增汇生态沟渠

本发明涉及农业资源与环境领域，特别是涉及面源污染治理领域，更为具体的说是涉及微波辅助热解水生植物的方法、产品及氮增汇生态沟渠。

背景技术：

1、在面源污染治理中，生态沟渠是一种有效的措施。生态沟渠从拦截污染物流，改善水质，促进水循环以及美化环境多个方面有效降低污染物对水体的影响，提升水质，保护水资源。

2、在既往的水处理中，本领域技术人员往往仅关心水体中氮的去除，以控制水体富营养化和治理水体。以总氮的去除率为环境污染治理的单一评价指标是片面的和不科学的，不完全的反硝化，有可能会增加脱氮过程中温室气体氧化亚氮的释放，从而存在将水污染转化为大气污染的风险。

3、生物炭通过吸附和转化作用在水体治理中发挥着重要的作用。其中，生物炭的表面官能团、芳香性、灰分含量及其衍生的溶解性有机物的光谱特性对于水体治理的成效具有重要的影响，对于不同的污染物来说，适合于该污染物的生物炭性质差异较大，而生物炭的性质取决于生物炭的制备方法，目前现有技术中尚未有公开生物炭制备中各工艺参数与生物炭性质的一一对应关系，也未有公开生物炭各物化性能对不同污染物治理能力关联性的指引。

4、因此，如何在水治理中实现增强反硝化脱氮同步提高氧化亚氮汇功能，就成为本领域技术人员研究的新的重点和难点。

技术实现思路

1、本发明针对水处理中，特别是水体氮处理过程中大量产生温室气体氧化亚氮的问题，结合生态沟渠产生大量的水生植物废弃物的综合资源化利用，提供了一种微波辅助热解水生植物的方法，包括以下步骤：

2、s1：将水生植物自然晾干至表面无水，然后剪碎；

3、s2：将水生植物放置在石英坩埚中，且水生植物所占体积为石英坩埚容量的一半；

4、s3：以固定速率100～200ml·min-1连续供应氮气，并在该氮气范围下保持微波功率500～800w，热解工作频率为2.35ghz；

5、微波辅助热解得到用作微波吸收剂的基础生物炭。

6、在得到基础生物炭后，再加入基础生物炭3～5倍体积的晾干剪碎处理后的水生植物原料，持续以固定速率100～200ml·min-1连续供应氮气，并将混合物在该氮气范围下保持微波功率500～800w，热解工作频率为2.35ghz，微波辅助热解得到生物炭。

7、优选地，第一次热解处理时间为10～15分钟，优选12分钟；第二次微波辅助热解的处理时间为5～8分钟，优选6分钟。

8、优选地，在得到基础生物炭后，再加入基础生物炭4倍体积的晾干剪碎处理后的水生植物原料进行后续处理。

9、优选地，所述微波功率包括但不限于500w、550w、600w、650w、700w、750w、800w，其中最为优选的是700w。

10、通过上述制备方法得到的生物炭产品，其灰分含量23±4％，腐殖化指数(hix)为17±3，suva254为2.5±0.5，suva280为2±0.4，荧光强度(fi)为1±0.2。

11、进一步优选地，本发明还公开了将上述获得的生物炭产品与fe混合得到的fe-生物炭混合物。

12、进一步优选地，所述生物炭产品与fe的混合体积比为3:1。

13、进一步优选地，本发明还公开了应用上述生物炭产品的氮增汇生态沟渠，所述氮增汇生态沟渠包括水生植物、底质土壤以及封装有生物炭与fe混合物的过滤袋。

14、优选地，所述过滤袋为100～200目的具孔过滤网袋，包括但不限于100目、150目、200目，其中最为优选的是100目。

15、优选地，所述fe为海绵铁。进一步优选地，所述海绵铁的粒径为1～5mm，在一个优选的技术方案中海绵铁的粒径为1～3mm。

16、本发明以生态沟渠中的水生植物作为原料，通过微波辅助热解的方法制备得到生物炭，该生物炭衍生的有机物的光谱特性(如腐殖化指数、芳香性和荧光强度等)具有特殊的优势，以使其在回用至生态沟渠时能补充丰富的碳源促进完全反硝化，特别是在本发明中公开的与fe，尤其是海绵铁混合后，通过形成(内部和外部双重)铁碳微电解和增强自养反硝化，既提高tn去除效果，又将生态沟渠由大气n2o源扭转为n2o汇，能够同步实现生态沟渠脱氮和增强n2o汇功能。

技术特征：

1.微波辅助热解水生植物的方法，其特征是，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微波辅助热解水生植物的方法，其特征是，s3中微波辅助热解处理时间为10～15分钟，优选12分钟；s4中微波辅助热解的处理时间为5～8分钟，优选6分钟。

3.根据权利要求1所述的微波辅助热解水生植物的方法，其特征是，步骤s4中再加入基础生物炭4倍体积的晾干剪碎处理后的水生植物原料进行后续处理。

4.根据权利要求1所述的微波辅助热解水生植物的方法，其特征是，所述微波功率包括但不限于500w、550w、600w、650w、700w、750w、800w，其中最为优选的是700w。

5.权利要求1至4中任意一项所述的微波辅助热解水生植物的方法制备得到的生物炭产品，其特征是，生物炭的灰分含量23±4％，腐殖化指数(hix)为17±3，suva254为2.5±0.5，suva280为2±0.4，荧光强度(fi)为1±0.2。

6.权利要求5所述的生物炭产品与fe混合得到的fe-生物炭混合物，

7.应用权利要求5所述的生物炭产品的氮增汇生态沟渠，所述氮增汇生态沟渠包括水生植物、底质土壤以及封装有生物炭与fe混合物的过滤袋。

8.根据权利要求7所述的氮增汇生态沟渠，其特征是，所述过滤袋为100～200目的具孔过滤网袋，包括但不限于100目、150目、200目，其中最为优选的是100目。

9.根据权利要求7所述的氮增汇生态沟渠，其特征是，所述fe为海绵铁。进一步优选地，所述海绵铁的粒径为1～5mm，在一个优选的技术方案中海绵铁的粒径为1～3mm。

技术总结
本发明属于农业资源与环境领域，具体公开了微波辅助热解水生植物的方法、产品及氮增汇生态沟渠。本发明以水生植物作为原料，通过微波辅助热解的方法制备得到生物炭，该生物炭衍生的有机物的光谱特性(如腐殖化指数、芳香性和荧光强度等)具有特殊的优势，以使其在回用至生态沟渠时能补充丰富的碳源促进完全反硝化，特别是在本发明中公开的与Fe，尤其是海绵铁混合后，通过形成(内部和外部双重)铁碳微电解和增强自养反硝化，既提高TN去除效果，又将生态沟渠由大气N<subgt;2</subgt;O源扭转为N<subgt;2</subgt;O汇，能够同步实现生态沟渠脱氮和增强N<subgt;2</subgt;O汇功能。

技术研发人员：张志勇,蒋碧妮,宋海亮,张迎颖,刘海琴,闻学政,王岩,周庆,郭文景
受保护的技术使用者：江苏省农业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10