生物质炭科技与工程

本书围绕生物质炭基础研究、工程开发和生产应用的三个领域，系统介绍生物质炭化工艺与装备、生物质炭性质与功能，以及生物质炭在土壤、水体、大气环境修复和固碳减排应用等方面内容，分析讨论生物质炭的环境效应和可能产生的生态风险，以期对生物质炭产业发展起到积极的推动作用。本书适于高校本科生、研究生阅读，对从事废弃生物质循环利用、生态环境修复等领域相关工作的高校和科研院所研究人员、政府部门管理决策人员、企业工程技术人员具有重要的参考价值。

单胜道，浙江科技学院环境与资源学院教授，博士生导师，国家百千万人才工程入选者、国家有突出贡献中青年专家、享受国务院特殊津贴专家、浙江省首批万人计划科技创新领军人才。主要研究领域为废弃生物质炭化资源化循环利用、水土环境修复等。先后主持国家高技术“863”项目、国家自然科学基金重点项目、国家国际科技合作欧盟专项等省部级及以上项目近30项。获国家科技进步二等奖1项，主持获省部级科技成果奖7项，其中省部级一等奖4项。

序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 5
第2章 生物质炭化设备 6
2.1 生物质炭化设备概述 6
2.2 生物质热解炭化设备 7
2.2.1 固定床热解炭化设备 8
2.2.2 移动床热解炭化设备 10
2.2.3 流化床热解炭化设备 18
2.3 生物质水热炭化设备 18
2.4 工业化热解炭化设备的设计与运行 19
2.4.1 进料及烘干系统的设计与运行 20
2.4.2 炭化及热解气回用系统的设计与运行 20
2.4.3 污水及尾气处理系统的设计与运行 21
2.4.4 冷却系统的设计与运行 21
2.5 生物质炭化设备的安全保障与风险评价 22
2.5.1 生物质炭化设备的产品质控 22
2.5.2 生物质炭化设备的安全保障 22
2.5.3 生物质炭化设备的环境影响评价 22
2.5.4 生物质炭化设备的污染防治措施 23
参考文献 23
第3章 生物质炭化过程中组分变化 24
3.1 生物质炭化过程中有机物的变化 24
3.1.1 生物质炭化过程中有机物的组成与变化 24
3.1.2 生物质炭化过程中影响有机组分的变化因素 26
3.1.3 生物质炭化过程中多环芳烃的产生与控制 32
3.2 生物质炭表面可溶性有机物的化学组分与生物活性 38
3.3 生物质炭化过程中养分元素的变化 41
3.3.1 生物质炭化过程中氮、磷、钾元素的变化 42
3.3.2 生物质炭化过程中微量元素的变化 47
3.3.3 金属盐及矿质元素对生物质炭性质的影响 53
3.3.4 生物质炭表面可溶性无机组分与生物活性 55
3.4 生物质炭化过程中重金属元素的变化 57
3.4.1 生物质炭化过程中重金属元素全量的变化 58
3.4.2 生物质炭化过程中重金属元素化学形态的变化 62
3.4.3 重金属污染废弃生物质热解炭化 63
3.5 生物质炭化过程中纳米颗粒的形成与环境行为 64
参考文献 66
第4章 生物质炭的理化特性与分类评价 77
4.1 生物质炭的物理特性与改性 77
4.1.1 生物质炭的物理特性 77
4.1.2 生物质炭的物理改性与强化 80
4.2 生物质炭的化学特性与改性 82
4.2.1 生物质炭的化学特性 82
4.2.2 生物质炭的化学改性与强化 88
4.3 生物质炭的质量评价与分类 90
4.3.1 生物质炭的质量评价 90
4.3.2 生物质炭的分类与标准 93
4.4 生物质炭的特性与标准数据库 94
4.4.1 生物质炭的特性数据库 94
4.4.2 生物质炭的标准数据库 103
参考文献 105
第5章 环境中生物质炭的稳定性和潜在生态风险 111
5.1 环境中生物质炭的物理分解 111
5.1.1 环境中生物质炭的碎片化和胶体形成过程 111
5.1.2 环境中生物质炭的胶体团聚过程 124
5.1.3 环境中生物质炭的胶体迁移过程 130
5.2 环境中生物质炭的化学分解 133
5.2.1 环境中生物质炭的溶解过程 133
5.2.2 环境中生物质炭的化学氧化过程 140
5.2.3 环境中生物质炭的光化学分解过程 142
5.3 环境中生物质炭的生物分解 143
5.3.1 环境中生物质炭的微生物分解过程 143
5.3.2 环境中生物质炭的动物分解过程 146
5.3.3 环境中生物质炭的植物分解过程 146
5.4 环境中生物质炭的潜在生态风险 147
5.4.1 生物质炭中重金属的潜在生态风险 148
5.4.2 生物质炭中多环芳烃的潜在生态风险 149
5.4.3 生物质炭中持久性自由基的潜在生态风险 150
参考文献 152
第6章 生物质炭在土壤培肥中的应用 161
6.1 土壤培肥概述 161
6.1.1 国内外土壤培肥研究进展 161
6.1.2 生物质炭土壤培肥原理 163
6.2 生物质炭对土壤物理性质的改善 165
6.2.1 生物质炭对土壤容重的影响 166
6.2.2 生物质炭对土壤水力学性质的影响 167
6.2.3 生物质炭对土壤矿物质颗粒团聚作用和团聚体稳定性的影响 169
6.3 生物质炭对土壤养分状况的改善评价 170
6.3.1 生物质炭对土壤氮磷钾含量的影响 171
6.3.2 生物质炭对土壤有机碳含量的影响 172
6.3.3 生物质炭对土壤微量元素含量和有效性的影响 173
6.3.4 生物质炭对土壤养分淋溶的影响 173
6.4 生物质炭对土壤微生物特性的影响 176
6.4.1 生物质炭对土壤微生物生物量的影响 176
6.4.2 生物质炭对土壤微生物群落结构的影响 177
6.4.3 生物质炭对土壤氮循环微生物功能基因的影响 178
6.5 生物质炭对作物产量品质提升效应 180
6.5.1 生物质炭对水稻产量和生物量的影响 181
6.5.2 生物质炭对小麦产量和生物量的影响 182
6.5.3 生物质炭对玉米产量和生物量的影响 183
6.5.4 生物质炭对蔬菜产量和品质的影响 184
6.5.5 生物质炭培肥土壤综合评价 185
参考文献 185
第7章 生物质炭在盐碱地及酸化土壤改良中的应用 192
7.1 盐碱化土壤改良 192
7.1.1 盐碱地成因及类型 192
7.1.2 盐碱化土壤改良技术现状 195
7.2 生物质炭改良盐碱化土壤 198
7.2.1 生物质炭对盐碱地土壤物理性质的影响 198
7.2.2 生物质炭对盐碱地土壤化学性质的影响 199
7.2.3 生物质炭对盐碱地土壤养分的影响 200
7.3 酸性土壤改良 201
7.3.1 酸性土壤成因及类型 201
7.3.2 酸化土壤改良现状 203
7.4 生物质炭改良酸化土壤 205
7.4.1 生物质炭对酸化土壤物理性质的影响 205
7.4.2 生物质炭对酸化土壤化学性质的影响 206
7.4.3 生物质炭对酸性土壤微生物及酶活性的影响 208
7.4.4 生物质炭对酸性土壤作物生长发育的影响 210
参考文献 210
第8章 生物质炭在农田土壤重金属污染修复中的应用 216
8.1 农田土壤重金属污染修复概述 216
8.1.1 农田土壤重金属污染现状 216
8.1.2 农田土壤重金属污染修复技术研究进展 217
8.1.3 生物质炭在农田土壤重金属修复中的应用 219
8.2 生物质炭对土壤重金属环境行为的影响 220
8.2.1 生物质炭对土壤重金属形态转化的影响 220
8.2.2 生物质炭对土壤重金属有效性的影响 223
8.2.3 生物质炭对土壤重金属迁移性的影响 225
8.3 生物质炭对炭际土壤中重金属环境行为的影响 226
8.3.1 生物质炭对炭际土壤中重金属有效性的影响 227
8.3.2 生物质炭对炭际土壤中重金属迁移性的影响 228
8.3.3 生物质炭对炭际土壤中重金属形态转化的影响 229
8.4 生物质炭负载微生物在土壤重金属污染修复中的应用 230
8.5 生物质炭对主要农作物重金属吸收积累的影响 231
8.5.1 生物质炭对蔬菜中重金属吸收积累的影响 231
8.5.2 生物质炭对水稻中重金属吸收积累的影响 233
8.5.3 生物质炭对小麦中重金属吸收积累的影响 234
参考文献 236
第9章 生物质炭在土壤有机污染物修复中的应用 241
9.1 土壤有机污染物修复概述 241
9.1.1 土壤有机污染物种类及成因 242
9.1.2 国内外土壤有机污染物修复研究进展 243
9.1.3 生物质炭土壤有机污染物修复原理与技术 245
9.2 生物质炭中有机污染物的环境行为 246
9.2.1 生物质炭中有机污染物的形成机制 247
9.2.2 生物质炭中有机污染物的生物有效性 248
9.2.3 生物质炭中有机污染物的环境影响 249
9.3 生物质炭对土壤中有机污染物的吸附降解机制 250
9.3.1 生物质炭对土壤有机污染物生物有效性的影响 251
9.3.2 生物质炭对土壤有机污染物的吸附特性 252
9.3.3 生物质炭对土壤有机污染物的降解机制 254
9.3.4 生物质炭对土壤有机污染物修复效果的稳定性 256
9.4 生物质炭-微生物交互作用对土壤有机污染物修复的影响 258
9.4.1 生物质炭对土壤微生物修复有机污染物的影响 259
9.4.2 生物质炭-微生物对土壤有机污染物的修复机制 261
9.4.3 生物质炭-微生物交互对有机物污染物修复效果的影响 262
9.5 生物质炭对农作物有机污染物吸收积累的影响 264
9.5.1 生物质炭对粮食作物中有机污染物吸收积累的影响 265
9.5.2 生物质炭对蔬菜中有机污染物吸收积累的影响 266
参考文献 267
第10章 生物质炭在水体重金属污染物去除中的应用 275
10.1 水体重金属污染物去除概述 275
10.1.1 水体重金属污染现状及危害 275
10.1.2 水体重金属去除方法 276
10.1.3 生物质炭水体重金属去除原理与技术 279
10.2 水体重金属吸附影响因素 281
10.2.1 溶液pH对生物质炭基材料吸附性能的影响 281
10.2.2 温度对生物质炭基材料吸附性能的影响 281
10.2.3 生物质炭基材料与重金属接触时间对吸附性能的影响 282
10.2.4 生物质炭基材料的用量对吸附性能的影响 282
10.2.5 溶液中的竞争离子对生物质炭基材料吸附性能的影响 282
10.3 生物质炭对重金属的吸附机理 283
10.3.1 吸附热力学 283
10.3.2 吸附动力学 283
10.3.3 生物质炭与重金属的相互作用 285
10.4 生物质炭对水体重金属的去除 288
10.4.1 小麦秸秆炭对水体重金属的去除 288
10.4.2 玉米秸秆炭对水体重金属的去除 288
10.4.3 猪粪炭对水体重金属的去除 289
10.4.4 松木炭对水体重金属的去除 289
参考文献 291
第11章 生物质炭在水体有机污染物去除中的应用 295
11.1 水体有机污染物去除概述 295
11.1.1 水体有机污染物种类及成因 295
11.1.2 国内外水体有机污染物去除进展 296
11.1.3 生物质炭水体有机污染物去除原理与技术 297
11.2 生物质炭对有机污染物的吸附机理 299
11.2.1 生物质炭与有机污染物的相互作用 299
11.2.2 吸附平衡与热力学 301
11.2.3 吸附动力学 303
11.3 生物质炭对有机污染物吸附效果影响因素 304
11.3.1 生物质炭理化性质对吸附效果的影响 304
……