高钙酿酒沼渣制备生物炭吸附剂及其土壤改良性能

Utilization of High Calcium Biogas Residue for Biochar Adsorbent Preparation and Its Soil Improvement Properties

摘要

为解决酿酒沼渣的资源化问题，采用热解法制备沼渣生物炭，通过批量吸附试验和盆栽试验考察其吸附性能和土壤改良性能.结果表明：700 ℃下限氧热解1.5 h所制备的高钙沼渣生物炭，初始pH为10时，吸附量最大，投加10 g·L^-1的沼渣生物炭对实际废水COD、NH₄ ⁺-N和TP的去除率分别可达45.29%、56.10%和86.33%，吸附符合拟一阶动力学模型和Langmuir等温吸附，属于物理吸附.吸附后生物炭表面C、N、P、O元素含量显著增加，出现新的N-H、P=O基团.当投加5%的吸附后生物炭时，土壤中速效磷、速效钾及有机质的含量均显著提高，小白菜生长得到促进.本研究探索了“一处理两用”的策略，为酿酒沼渣处置和资源回收提供了一种本土方法.

关键词

酿酒沼渣 / 生物炭 / 吸附剂 / 废水处理 / 土壤改良.

Key words

brewing biogas residue / biochar / adsorbents / wastewater treatment / soil conditioners

0 引言

我国是酿酒大国，2014—2019年白酒平均年产量超过1 100万t，但每生产1 t白酒将产生3~4 t酿酒废弃物（李依阳等，2021）.厌氧发酵技术是处理酿酒固体废弃物的有效方式之一（郭传广等，2017），然而随之产生的沼渣如何处理急需解决.目前沼渣的主流处理技术有填埋、焚烧和地利用.由于城市土地资源的稀缺性使最为常见的填埋（Wei et al.，2020；Zhou et al.，2020）受到限制，焚烧也会对大气产生不利的环境影响（Zhou et al.，2015）.相比较而言土地应用 （Zhang et al.，2018）更具有竞争力，但直接用作肥料会因沼渣残留的重金属而带来风险（Feng et al.，2015；Heimersson et al.，2017）.沼渣中含有丰富的氮、磷、钾、镁等微量元素和有机质（王兴东，2016），具有显著的资源化利用优势.近年来，城市污泥热解制备污泥基生物炭作吸附剂由于潜在的重金属被固定而受到越来越多的关注（Jiang et al.，2021；Qin et al.，2022）.这为沼渣的资源化利用提供了一个新思路.

Fan et al.（2024）利用厨余垃圾沼渣制备沼渣生物炭吸附水中四环素获得了显著的效果.Kończak et al. （2021）利用市政污泥厌氧发酵后的沼渣制备的生物炭，对废水中的溶解性有机物（dissolved organic matter，DOM）具有显著的吸附性能.Pan et al.（2020）利用农业废弃物厌氧发酵产生的沼渣制备的生物炭，对废水中的Cu²⁺和Pb²⁺表现出良好的吸附.Bogusz et al.（2017）分别利用农业废弃沼渣、果渣以及粪便发酵沼渣制备沼渣生物炭对废水中的Ni和Cd进行吸附，均展现出良好的吸附效果.因此酿酒沼渣制备生物炭也是可行的.

酿酒废水COD、N、P含量很高，二级生物处理后仍有较多的磷，往往需要增加混凝沉淀、吸附、芬顿、臭氧氧化等深度处理工艺，其中吸附法是一种选择性高、操作简单（谭凌智等，2012）的有机物和磷回收方法，因此本研究利用酿酒沼渣制备生物炭吸附剂，吸附二沉池出水中的有机质及N、P等营养物质，再应用到土壤中改良土壤性能，以期做到“一废两用”的目的.考察初始pH和投加量对吸附剂吸附性能的影响，探究最优吸附条件.通过吸附动力学研究和生物炭表征，阐明了吸附机理.将吸附实际废水饱和的吸附剂作为肥料进行盆栽试验以回收有机质和氮磷.为酿酒沼渣的处理和利用提供一种本土策略.

1 材料与方法

1.1　酿酒沼渣与实际废水水样

本试验所用沼渣选自于贵州茅台镇某白酒厂的酿酒沼渣废弃物，由于该地为石灰岩岩溶地区，酿酒过程中沼渣存在部分钙化，沼渣中钙含量高.试验用废水取自该厂的二沉池出水，废水为低浓度有机废水，含磷量高.沼渣的基本特性及废水水质如表1所示.

1.2　生物炭的制备

将沼渣烘干后用球磨机研磨过60目筛，得到沼渣粉末，将沼渣粉末在300~900 ℃限氧氛围下热解0.5~2.0 h，得到沼渣生物炭（BC），用“BC-热解温度-热解时长”表示.

1.3　吸附试验

取50 mL酿酒厂二沉池出水于250 mL锥形瓶中，调节其pH值范围为2.0~12.0，BC投加量范围为0.15~10.00 g·L^-1，用保鲜膜封口后置于恒温振荡培养箱中在25 ℃下恒温震荡24 h，转速为180 r·min^-1.振荡完成后将生物炭和水样抽滤分离，将水样留存待检测，计算吸附量q（mg·g^-1）和去除率，研究溶液pH和BC投加量对吸附的影响.

用KH₂PO₄配置一定浓度的磷酸盐溶液，用（NH₄）₂SO₄配置一定浓度的NH₄ ⁺-N溶液.分别取两种配水各50 mL于250 mL锥形瓶中，将溶液的pH调整到10±0.05，投加0.15 g·L^-1的BC，分别测定0、1、3、5、10、15、 20、30、40、60、90、 120、240、360 min的平衡吸附量，以探讨吸附动力学及吸附等温线.

1.4　盆栽试验

本试验通过小白菜生长来评估实际废水处理后吸附有机质及氮磷的沼渣生物炭对土壤的改良性能.土壤取自贵州省茅台镇某园林，自然风干后过18目尼龙筛后备用.将不同比例未吸附的和吸附饱和的BC（0%、1%、3%、5%、w/w）与一定量的土壤混合，总重量为每盆0.3 kg，每个水平设置3个重复.加水使其水分含量达到田间持水量的60%，各盆土壤稳定3周后开始植株种植.每盆10粒小白菜种子种植于土壤表层2 cm处，当苗高生长至2 cm左右对小白菜进行间苗处理，留下长势较好的6株.所有试验在室温条件下进行，采用重量法补充盆栽中消耗的水分，培养20 d后，对土壤和植物样品分别收取，用于后续土壤及植物指标测定.选取土壤pH、速效磷、速效钾、碱解氮、有机质、全磷、全钾及全氮作为土壤特征参数并进行差异性分析（用“字母₁”表示吸附前BC差异性分析结果，“字母₂” 表示吸附后BC差异性分析结果）.

1.5　分析方法

溶液中COD、TP、NH₄ ⁺-N、pH值的测定分别采用重铬酸钾法、钼酸铵分光光度法、纳氏试剂分光光度法、玻璃电极法.溶液中溶解性有机物（DOM）采用三维激发-发射矩阵光谱法（3DEEMs）（Baghoth et al.，2011）（F-4600 FL Spectrophotometer）.

使用发射扫描电子显微镜（JSM-7001F，JEOL）对生物炭粉末进行微观结构和元素组成分析，使用傅里叶变换红外光谱仪（Vertex 70，Bruker）对生物炭表面官能团进行定性分析，采用X射线光电子能谱仪（AXIS ULTRA，Kratos）对生物炭材料的元素组成、结构信息和化学键进行分析，使用X射线衍射分析仪测定生物炭表面晶体结构.

采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁溶液滴定法测定土壤中有机质含量，速效钾采用1 mol/L的乙酸铵溶液浸提，通过火焰光度计测定（Wu et al.，2017），速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定，碱解氮采用扩散滴定法测定（Bashir et al.，2018）.土壤中全氮、全钾及全磷含量测定分别采用凯氏定氮法、酸消解-火焰分光光度法、酸消解-紫外可见分光光度法（叶少萍等，2022）.

2 结果与讨论

2.1　沼渣生物炭制备条件的优化

2.1.1　热解温度对BC吸附效果的影响

热解温度和热解速率的变化已被证实对生物炭产量和表面官能团有重大影响，将沼渣粉末分别置于300~900 ℃限氧氛围下热解2 h对比其吸附效果.结果如图1所示.

图1显示，当热解温度为700 ℃时BC-2 h对TP、COD和NH₄ ⁺-N的吸附效果均为最佳，去除率分别可达93.03%、43.52%和41.30%.这是因为，低温状态下沼渣中的有机质并未完全碳化，热解温度升高，碳化程度随之增高，吸附效果显著上升.且在低温状态下溶液中NH₄ ⁺-N的去除率呈负值，分析是酿酒沼渣本身氮含量高，由于未完全转化为炭结构，沼渣中的氮析出，造成溶液中NH₄ ⁺-N上升.而随着热解温度升高，沼渣中含有的金属离子（Ca²⁺、Mg²⁺）更好的负载在生物炭表面（图9生物炭的EDS分析图中展示生物炭表面Ca²⁺、Mg²⁺分布），为吸附提供阳离子交换位点.但当温度超过700 ℃时，过高的热解温度导致生物炭表面的微孔结构被破坏（Gai et al.，2014），因此吸附效果反而降低.

2.1.2　热解时长对BC吸附效果的影响

将沼渣粉末在限氧环境中以700 ℃热解0.5~2.0 h，试验结果如图2所示.

由图2可知，随着热解时长的增加BC-700 ℃对NH₄ ⁺-N和COD的吸附效果均呈现先上升后降低的趋势，当热解时长为1.5 h时，去除效率达到最佳，其中COD去除率最高为45.29%，NH₄ ⁺-N的去除率为56.10%.但当热解时长继续上升，去除率降低，这是因为过高的热解时长导致生物炭中的有机物完全裂解，挥发性化合物释放，从而降低了生物炭中H和O含量（Zhu et al.，2015）.但对于溶液中磷酸盐的吸附则呈现出持续上升的趋势，这主要是由于较长的热解时长有利于生物炭表面金属离子的负载，使得磷酸盐可以和生物炭表面的金属离子相结合，从而促进磷酸盐的吸附.然而热解2 h时对于COD和NH₄ ⁺-N的去除效果则不如热解1.5 h的BC-700 ℃，因此综合考虑认为沼渣生物炭最佳的热解条件为700 ℃限氧氛围下，热解1.5 h，选择BC-700 ℃-2 h作为吸附剂进行后续的研究.

2.2　吸附性能试验

2.2.1　溶液初始pH对BC吸附效果的影响

溶液的pH是影响生物炭吸附效果的关键，因为溶液的pH值可能会影响生物炭表面的电荷状态，从而影响生物炭表面的化学特性和吸附作用.且溶液的pH值可能会改变溶液中某些物质的化学形态，进而影响其对废水的吸附效果.溶液初始pH对BC吸附效果影响如图3所示.

如图3所示，随着溶液pH的逐渐增高，BC对COD（图3b）的吸附呈现先降低后上升的趋势，而对TP、NH₄ ⁺-N（图3a，3c）的吸附均显示出逐渐增高的趋势，与Zhang et al.（2021）研究相同，这是因为不同pH下磷酸盐的存在形式不同.pH较低时水中磷酸盐总含量升高，去除率呈现负值，这是BC本身的磷酸盐在水中的洗脱量导致，随着溶液pH升高，洗脱量会越来越小（Feng et al.，2022），同时在高pH下溶液中的OH^-可以促进Ca²⁺和HPO₄ ^2-形成磷酸磷灰石沉淀（Ca₅（PO₄）₃OH）. BC对于NH₄ ⁺-N的去除呈现逐渐增高的趋势，是由于较低的pH下溶液中的H⁺与NH₄ ⁺竞争导致BC对NH₄ ⁺的吸附减少，当pH > 7时NH₄ ⁺可转化为NH₃，因此较高的溶液pH下BC对于NH₄ ⁺-N的吸附可能与此有关.且BC本身含有一定量的Ca、Mg（图9），随着溶液pH上升，溶液中的NH₄ ⁺可以和Mg²⁺与HPO₄ ^2-相结合生成沉淀MgNH₄PO₄∙6H₂O.

总体来看，较高溶液pH有利于BC的吸附，分析可能是由于低pH时，溶液中的H⁺更易与BC表面的吸附位点结合，抑制了BC与废水中的各种有机物质结合.因此后续试验选取溶液pH为10.0.

2.2.2　BC投加量对吸附效果的影响

BC投加量对吸附效果的影响如图4.由图4可知，BC的吸附呈现去除效率随投加量增加而增加的趋势，吸附量的变化则与之相反.当投加量从0.2 g·L^-1提高到10 g·L^-1时，BC对于TP的去除率从15.30%增加到86.33%.单位吸附量从57.40 mg·g^-1降低到6.47 mg·g^-1；对COD的去除率从1.69%增加到45.29%，单位吸附量从28.75 mg·g^-1降低到15.40 mg·g^-1；对NH₄ ⁺-N的去除率从7.90%增加到56.10%，单位吸附量从3.95 mg·g^-1降低到0.56 mg·g^-1；这是因为当BC投加量较低时有效吸附位点不能满足对废水中各物质的吸附，因此吸附量较低时，而随着BC投加量的逐渐增加，有效吸附位点也增加，去除率也随之增加.但BC持续增加，溶液中磷酸盐浓度和NH₄ ⁺-N浓度逐渐降低，且高投加量容易造成集聚现象，使吸附位点重合（Cheng et al.，2021），故随投加量增加单位吸附量反而下降.

2.2.3　三维荧光光谱分析

不同类型的有机物的分子结构不同，在特定的激发灯照射下，其荧光特性也不同，因此通过三维荧光光谱分析，可获得样品在不同波长下的荧光特性，从而实现对物质结构、组成的分析和研究.酿酒厂二沉池出水及经过BC吸附后，其三维荧光光谱如图5所示.

图5a显示，二沉池出水中的DOM呈现一个荧光峰（λ_Ex/λ_Em=350~500 nm/270~400 nm），主要集中在类腐殖酸区域.图5b中荧光峰强度明显降低，峰强度由3.91 a.u.降低为3.52 a.u.，说明酿酒废水中有机物的降解与类腐殖酸物质的去除密切相关.除两个荧光峰的荧光强度出现不同程度的变化以外，荧光峰的位置也发生了30~50 nm的红移（λ_Ex/λ_Em=（380~550） nm/（300~425） nm），根据Chen et al.（2003）研究，红移现象是由于吸附过程中一些官能团的出现，而蓝移主要是由大分子有机物分解成小分子有机物造成的.结合整体变化趋势可以发现，废水中的DOM经BC吸附而去除，这部分能被去除的有机物大多属于类腐殖酸组分，而由于BC表面含有丰富的官能团，在吸附过程中可能会造成官能团的变化，使三维荧光光谱中荧光峰位置发生红移.

2.2.4　吸附动力学

采用拟一阶动力学和拟二阶动力学方程对数据进行拟合.图6为BC对磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附性能随时间的变化，表2为吸附动力学方程各参数拟合结果.

由图6可知， BC对磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附速率均随时间的变化呈现先快后慢的趋势.BC对磷酸盐在前期快速吸附，在50~60 min内趋于平稳，说明BC对磷酸盐的吸附在短时间内快速完成，且BC的平衡磷酸盐吸附容量较高，这主要是BC中含有大量的Ca²⁺的原因.BC对NH₄ ⁺-N的吸附效率于125 min左右逐渐达到平衡.根据表2拟合参数可知，拟一阶动力学和拟二阶动力学均可以较好的拟合BC对磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附过程，相比较而言，BC对磷酸盐的吸附更符合拟一阶动力学，对NH₄ ⁺-N的吸附，拟一阶动力学的R ²更高，表明BC对于磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附过程中物理吸附占主导地位（Bijoy et al.，2023），因此吸附后的BC在土壤中更容易释放氮磷，提高土壤中氮磷含量.

2.2.5　吸附等温线

在25 ℃条件下，对不同浓度的磷酸盐溶液和NH₄ ⁺-N溶液进行等温吸附试验结果如图7所示.并利用Langmuir和Freundlich等温线拟合对BC的吸附性能进行描述，拟合参数如表3.

由图7与表3可知，BC对磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附用Langmuir和Freundlich均能较好的拟合，但更符合Langmuir模型（R ²=0.984 2、0.992 9），这与Cheng et al.（2021）和常思露等（2024）研究结果相同.表明BC对于磷酸盐和NH₄ ⁺-N的吸附均为单分子层吸附.BC对磷酸盐的理论最大平衡吸附量为78.00 mg·g^-1，而对NH₄ ⁺-N的理论最大平衡吸附量为6.18 mg·g^-1.

2.3　沼渣生物炭的表征

2.3.1　BC的pH值

高温会导致酸性官能团的丧失和碱性官能团的形成，因此相较于沼渣，BC的pH值均有一定程度的上升，pH由6.80上升至7.32.而BC吸附饱和后的pH值与溶液pH有关，当溶液pH为10.0时， BC吸附饱和后的pH值由7.32上升至8.36.

2.3.2　发射扫描电子显微镜（SEM和EDS）分析

利用FESEM对BC的表面形貌进行观察（图8a~8h）.由图8可知，吸附前BC表面平整、多为块状结构且易堆积.吸附后BC表面明显出现球状颗粒物（图8h），分析是吸附时废水中的COD、N、P被结合在生物炭表面而形成.BC吸附前后表面元素分布如图9所示.从中可知，吸附前后BC表面均出现C、N、P、O和Ca，但吸附后 BC表面C、N、P及O元素含量显著增加，表明N、P及有机质已成功从水样中捕获.

2.3.3　傅里叶红外光谱（FT-IR）分析

利用傅里叶红外光谱分析吸附前后BC表面官能团变化（图10）.

由图10可知，吸附前BC在600 cm^-1（C-N）、1 100 cm^-1（C-O）、1 540 cm^-1（C-C）、1 600 cm^-1（C=O）、2 890 cm^-1（-COOH）和3 400 cm^-1（C-H）处有较强吸收峰（Tsai et al.，2012），而BC吸附废水中氮、磷及有机质后对应峰强明显降低，这可能由于BC表面含氧基团与废水中氮、磷及有机质形成新的物质，导致BC表面基团峰强下降.另外，与吸附前BC相比，吸附后BC表面出现新的基团（如：N-H、P=O），进一步说明BC可吸附水体中氮、磷和有机质.

2.3.4　XPS光谱分析

利用XPS光谱分析吸附前后BC表面元素相变化，BC的XPS全谱扫描如图11所示. XPS分谱扫描图如图12和图13所示.从图11中可知，吸附酿酒废水后BC表面元素能谱峰并未表现出明显变化，但O、N元素峰强度略有提高，这说明BC吸附水样中有机质提高了O、N元素含量.

由图12和图13可知，吸附前BC中Ca 2P轨道光谱证实生物炭表面CaCO₃的生成，表明Ca²⁺成功负载在生物炭表面，可为生物炭提供丰富的阳离子交换位点，促进BC对于P的吸附.吸附后BC中P 2p轨道光谱中P-O基团的出现也证实这一结论（Qin et al.，2022）.与吸附前相比，吸附酿酒废水后BC在C 1s谱图上，分别在284.8 eV和286.7 eV处出现了新的且峰强较高的C=C/C-C及C-O基团峰；N 1s谱图中在405.4 eV处出现新的N-O/N-H基团峰；O 1s中能量左移在532.18 eV处出现C-O基团峰，说明吸附后增强了含氧基团峰强；而Ca 2p轨道光谱峰面积显著增加，表明吸附过程中Ca²⁺对P的去除虽以物理吸附为主（等温线拟合结果表示），但依然受化学吸附的影响.

2.3.5　XRD分析

吸附前后BC的X射线衍射（XRD）图谱如图14所示.从图14中可知，吸附前后BC表面晶体结构出现了不同程度的变化.但对照PDF卡片发现，吸附前后BC表面晶体结构变化并不显著，不过吸附后BC出现C₂₁H₂₄N₂物质，且含氧晶体与吸附前BC相比明显增多，意味着BC在一定程度上吸附了废水中有机废物.

2.4　沼渣生物炭对土壤理化性质的影响

2.4.1　BC对土壤pH的影响

吸附前后BC对土壤pH影响如图15所示.与空白（添加0%，CK）相比，添加吸附前BC提高了土壤pH值（p<0.05），当添加量为3%时，pH由7.14提高至7.44，随着BC添加量的增高土壤pH并未继续上升.而添加吸附后BC，土壤pH随着BC添加量的增加而增加，当添加量为5%时，pH从7.14提高至7.50（p<0.05），这主要与吸附时的溶液初始pH有关.表明添加一定比例的吸附前后BC，可略微提高土壤的pH值，展现出调节酸性土壤的潜力.

2.4.2　BC对土壤氮素的影响

吸附前后BC对土壤中碱解氮及全氮含量的影响如图16所示.

由图16可知，吸附前后BC显著降低了土壤中碱解氮含量（p<0.05），吸附前BC对土壤中全氮含量并无显著变化（p>0.05），吸附后BC增加了土壤中全氮含量，与CK相比，吸附后BC添加量为5%时土壤中全氮含量增加最为明显，最大提高了41.53%.这主要是因为BC促进土壤铵态氮转化，造成土壤铵态氮含量减少、硝态氮含量增加（Gao et al.，2024），从而导致土壤碱解氮含量降低.虽然土壤铵态氮含量降低，但硝态氮含量增加，因此吸附前BC未显著改变土壤中全氮含量.但由于BC吸附水体中大量无机氮，在添加至土壤后BC中的铵态氮/硝态氮被释放到土壤中从而提高了土壤中全氮含量.

2.4.3　BC对土壤磷素的影响

吸附前后BC对土壤中速效磷及全磷的影响如图17所示.

由图17可知，吸附前后BC均显著增加了土壤中速效磷、全磷的含量（p<0.05），随着BC添加量的增加土壤中速效磷、全磷含量表现出上升趋势，且BC吸附后对土壤中速效磷及全磷含量的提高均高于吸附前.当添加5%吸附后BC时，土壤中速效磷含量从37.14 mg·kg^-1提高至156.99 mg·kg^-1（p<0.05），全磷含量从0.17 g·kg^-1提高至5.16 g·kg^-1，分别提高了76.34%和96.71%.这可能由于沼渣中含有较多的钙镁，制备的BC表面矿物元素高，对水体中磷有较高的吸附，添加至土壤后BC表面磷酸盐被土壤中解磷微生物分解，从而提高土壤中速效磷及全磷含量.这一结果与前期研究基本一致（李夏，2023；邢肖毅，2023）.

2.4.4　BC对土壤钾素的影响

吸附前后BC对土壤中速效钾及全钾的影响如图18所示.

由图18a可知，吸附前后BC显著增加了土壤中速效钾含量（p<0.05），且随着BC添加量的增加土壤中速效钾含量呈上升趋势.而图18b显示，吸附前BC使土壤中全钾含量略有降低，吸附后BC使土壤中全钾含量略有增加，但与CK相比无显著差异（p>0.05）.土壤钾素是植物生长不可或缺的营养元素.当添加量为5%时，吸附前后BC使土壤中速效钾含量分别提高了38.28%和38.66%.这主要由于沼渣中含有大量的钾元素，生物质经高温炭化后钾元素进一步浓缩（王金杰，2022），从而增加了土壤中速效钾含量，而吸附后BC中钾元素含量也进一步提高，从而使吸附后BC显著增加土壤中速效钾含量.

2.4.5　BC对土壤有机质的影响

吸附前后BC对土壤中有机质的影响如图19所示.

由图19可知，不同添加量的吸附前BC对土壤中有机质含量均无显著变化，而吸附后BC显著提高了土壤中有机质含量.土壤有机质是影响土壤肥力重要因素之一（Tang et al.，2019），本研究中BC吸附水体DOM后显著提高了土壤中有机质含量，最高提高了62.05%，意味着吸附后的BC向土壤中释放大量有机质.

2.5　沼渣生物炭对土壤植株的影响

2.5.1　BC对小白菜鲜重影响

小白菜鲜重变化可进一步反映吸附前后BC对土壤肥力影响程度.吸附前后BC对小白菜生长影响如图20所示.

由图20可知，吸附前后BC均提高了小白菜地上部分鲜重和地下部分鲜重（p<0.05），二者变化趋势基本一致，但吸附后BC对鲜重的增加程度更大.当添加5%吸附后BC时，地上部分鲜重从0.24 g显著提高至0.88 g（p<0.05），地下部分鲜重从0.01 g显著提高至0.09 g.这归功于吸附后BC提高了土壤的N、P、K和有机质含量，显著提高了土壤肥力，为小白菜生长提供了丰富的微量元素及养分.

2.5.2　BC对小白菜生长状态的影响

在生长时间为9 d时小白菜的生长状态实拍图如图21所示.

图21a为施加不同比例的吸附前BC第9 d小白菜的生长状态，图21b施加不同比例的吸附后BC第9 d小白菜的生长状态.由图21可知在相同的生长时间内，向土壤中施加吸附后的BC时小白菜的生长状态明显优于施加吸附前的BC.在培养20 d时，吸附前后BC对小白菜出苗率、根冠比、比根长、比根表面积影响如表4所示.

由表4可知，BC添加对小白菜出苗率无明显影响，但改变了小白菜根冠比、比根长及比根表面积.根冠比反映小白菜叶和根的相关性及作物生长情况（樊勇明等，2021）.本研究中吸附后BC-5%对小白菜根冠比降低最为明显，最大降低了92.5%，表明吸附后BC-5%促进了小白菜叶的生长.比根长可反映小白菜根的粗细，值越大说明小白菜根系发育程度高，可为小白菜生长提供更多的养分.本研究中吸附后BC在添加量为5%时，小白菜比根长从42.93 m·g^-1提高至150.25 m·g^-1，增加了71.43%.比根表面积表示小白菜根系与土壤接触面积，反映小白菜植株根系对土壤养分汲取能力.由表4可知，吸附后BC-5%增加了小白菜比根表面积，与CK相比，从304.75 cm²·g^-1提高至956.48 cm²·g^-1，提高了68.14%.综上所述，小白菜根冠比、比根长及比根表面积变化均证实吸附后BC-5%对小白菜植株的生长具有促进作用，对土壤肥力的提升具有更高效的应用潜力.

3 结论

以高钙酿酒沼渣为原料，在700 ℃温度下热解1.5 h，制备出一种新型环保的生物炭吸附剂BC.BC吸附剂具有良好的有机物、氨氮和磷吸附性能，最大吸附量分别为28.75 mg·g^-1、3.93 mg·g^-1和57.4 mg·g^-1，适用pH值范围较广（6~12）.氮、磷吸附符合拟一级动力学模型和物理吸附过程.在COD、NH₄ ⁺-N、TP浓度分别为340~370 mg·L^-1、9.5~10.8 mg·L^-1、73~76 mg·L^-1的白酒酿酒废水，10 g·L^-1 BC吸附剂对COD、NH₄ ⁺-N、TP的去除率分别为45.29%、56.1%和86.33%，对实际废水有较好的去除效果.盆栽试验结果反映了实际废水处理后BC吸附剂对小白菜的生长有促进作用，磷和有机物得到有效释放.本研究为酿酒沼渣资源化利用和有机物、磷资源回收提供了良好的前景.

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基金资助

国家自然科学基金面上项目(52370088)

河南省科技公关项目(222102320152;222102320054)

河南省自然科学基金项目(232300420098)