王麗麗 曹 振 劉 卓 徐名漢 李一博 王忠江,3

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083；3.寒地農(nóng)業(yè)可再生資源利用技術(shù)與裝備黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030)

0 引言

厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物——沼液是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，其氮素主要為氨態(tài)氮、硝態(tài)氮，但極易溶于水，施用于土壤后容易通過(guò)淋溶、揮發(fā)等途徑大量流失[1-3]，造成資源浪費(fèi)，對(duì)地下水和大氣也造成嚴(yán)重污染，這成為制約沼氣技術(shù)推廣的重要因素之一。研究發(fā)現(xiàn)，施用沼液狼尾草的氮素有效利用率僅為13.38%～34.72%[4]，施用豬糞沼液菜地的NH3和N2O揮發(fā)損失占總施氮量的24.7%～27.5%[5]。

生物炭是一種優(yōu)良的土壤改良劑[6-7]。相關(guān)學(xué)者采用不同的研究方法均肯定了生物炭在提高土壤對(duì)沼液氮素的吸附能力和減少沼液氮素?fù)p失方面的效果[8-11]。其中，熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)吸附方法能快速表征生物炭對(duì)氮素的吸附特性，解析其吸附機(jī)理。但仍存在3點(diǎn)問(wèn)題：①生物炭對(duì)土壤吸附氮素的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)影響的研究較少，已有研究由于生物炭、土壤類(lèi)型及試驗(yàn)條件的不同而導(dǎo)致吸附機(jī)理差異較大[8-11]。②針對(duì)實(shí)際沼液的研究較少，研究多采用模擬沼液作為吸附質(zhì)[12]，且主要集中在氨態(tài)氮，有關(guān)沼液硝態(tài)氮的研究甚少。③同時(shí)研究解吸過(guò)程的很少，而解吸特性是表征生物炭有效吸附量的重要指標(biāo)。因此，系統(tǒng)研究生物炭對(duì)土壤吸附實(shí)際沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)機(jī)理具有重要意義。生物炭對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附分別為不同的吸熱、放熱反應(yīng)[13-15]，吸附過(guò)程中必然存在溫度的干擾。且沼液具有一定的粘度，成分混雜，生物炭和土壤對(duì)沼液各種成分的吸附作用必然存在交換吸附位的競(jìng)爭(zhēng)干擾，是復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)過(guò)程[12]。

黑龍江省是我國(guó)重要的商品糧基地和畜牧業(yè)養(yǎng)殖基地。多年來(lái)的過(guò)度開(kāi)發(fā)導(dǎo)致黑土逐漸板結(jié)、沙化，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由8%～10%下降到3%～4%[16]。2015年黑龍江省規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的糞污量達(dá)3 093.5萬(wàn)t，處理養(yǎng)殖場(chǎng)糞污的規(guī)模沼氣池達(dá)292個(gè)，其中處理豬糞的沼氣池達(dá)133個(gè)[17-18]。因此，研究生物炭對(duì)黑土吸附豬糞沼液氮素特性的影響、減少豬糞沼液氮素的損失尤為重要。

本文選取楊木炭和壤質(zhì)、砂質(zhì)兩種黑土，以活性炭作為標(biāo)準(zhǔn)比較炭，研究?jī)煞N炭的粒徑、添加比例、初始質(zhì)量濃度、振蕩時(shí)間、溫度對(duì)黑土吸附、解吸豬糞沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮特性的影響規(guī)律，并進(jìn)行模型擬合，獲得添加兩種炭黑土吸附豬糞沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附特性和吸附動(dòng)力學(xué)特性，明晰其吸附機(jī)理，為楊木炭和豬糞沼液在東北黑土改良方面的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用黑壤土、黑砂土分別取自哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田和肇源縣茂興鎮(zhèn)幸福村。采樣深度為0～20 cm，土樣過(guò)2 mm篩風(fēng)干后備用。黑土的砂粒(粒徑大于0.02 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粉砂粒(粒徑0.002～0.02 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘粒(粒徑0～0.002 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、容重、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH值、氨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：黑壤土，(50.77±2.43)%、(30.16±1.66)%、(19.07±1.17)%、(1.25±0.06)g/cm3、(3.53±0.32)%、7.50±0.02、(7.48×10-4±6.4×10-5)%、(1.688×10-3±3.3×10-5)%；黑砂土，(87.73±1.05)%、(11.21±0.32)%、(1.06±0.73)%、(1.36±0.05)g/cm3、(2.01±0.11)%、7.91±0.01、(1.156×10-3±2.10×10-5)%、(1.984×10-3±5.70×10-5)%。

試驗(yàn)用活性炭(原料為果殼)、楊木炭(制備溫度為620 ℃)分別購(gòu)自山東朗凈科技環(huán)保有限公司和武漢光谷藍(lán)焰新能源股份有限公司。炭樣均經(jīng)研磨分別過(guò)0.25、0.5、1 mm篩，105 ℃干燥備用。炭的pH值、比表面積、平均孔徑、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：活性炭，7.83±0.04、(214.33±2.16)m2/g、(4.79±0.21)nm、(2.38±0.01)%；楊木炭，9.17±0.05、(209.14±4.32)m2/g、(2.68±0.28)nm、(2.71±0.02)%。

試驗(yàn)用豬糞沼液取自哈爾濱市呼蘭區(qū)鴻福集團(tuán)生豬養(yǎng)殖基地，發(fā)酵原料為純豬糞。沼液以3 000 r/min離心10 min，取上清液冷藏備用。沼液的pH值、粘度、氨態(tài)氮質(zhì)量濃度、硝態(tài)氮質(zhì)量濃度分別為7.72±0.02、(172±2)mPa·s、(705.27±21.35)mg/L、(24.15±0.23)mg/L。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)分為等溫吸附試驗(yàn)、吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和解吸試驗(yàn)3部分?；钚蕴繛門(mén)1、楊木炭為T(mén)2、黑壤土為R、黑砂土為S，炭粒徑為A1(0.25 mm)、A2(0.5 mm)、A3(1 mm)，炭添加比例為B0(0，純土)、B1(2%)、B2(5%)、B3(10%)、B4(100%，純炭)，將原豬糞沼液不稀釋和分別稀釋5、10、15、20、25倍，獲得沼液中氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的初始質(zhì)量濃度為705.27、141、70.6、47、35.2、23.6 mg/L和24.15、4.83、2.42、1.61、1.21、0.97 mg/L，分別為C01、C02、C03、C04、C05、C06。

1.2.1等溫吸附試驗(yàn)

炭的粒徑和添加比例對(duì)黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響試驗(yàn)中，稱(chēng)取36組3 g炭土混合物和60 mL沼液，沼液不稀釋(C01)，振蕩24 h，振蕩溫度35℃。

沼液初始質(zhì)量濃度對(duì)添加炭黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響試驗(yàn)中，稱(chēng)取24組3 g炭土混合物和60 mL沼液，炭的粒徑和添加比例分別為0.25 mm和10%，振蕩24 h，振蕩溫度為35℃。

溫度對(duì)添加炭黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響試驗(yàn)中，稱(chēng)取12組3 g炭土混合物和60 mL沼液，炭粒徑和添加比例分別為0.25 mm和10%，沼液不稀釋(C01)，振蕩24 h，振蕩溫度分別為25、30、35℃。

1.2.2動(dòng)力學(xué)吸附試驗(yàn)

稱(chēng)取32組3 g炭土混合物和60 mL沼液，炭粒徑和添加比例分別為0.25 mm和10%，沼液不稀釋(C01)，分別振蕩5、10、30、60 min和2、4、12、24 h，振蕩溫度為35℃。

1.2.3解吸試驗(yàn)

稱(chēng)取4組3 g炭土混合物和60 mL沼液，炭粒徑和添加比例分別為0.25 mm和10%，吸附、解吸振蕩時(shí)間均為24 h，振蕩溫度為35℃。

以上各組試驗(yàn)樣品均分別放入100 mL離心管中混勻，然后放入溫度控制振蕩器中以120 r/min按設(shè)定的溫度和時(shí)間振蕩，再以4 000 r/min離心3 min取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后測(cè)定。解吸試驗(yàn)中，棄去離心后的上清液，僅剩余炭土固體混合物后，再加入60 mL去離子水，以120 r/min繼續(xù)振蕩，再以4 000 r/min離心3 min取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后測(cè)定。每組做3次重復(fù)。

1.2.4試驗(yàn)方法

氨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量采用連續(xù)流動(dòng)注射分析儀(Skalar San++Analyzer)測(cè)定；總固體含量采用(105±5)℃干燥法測(cè)定[3]；土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測(cè)定[18]；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用燒失法測(cè)定(RJM-28-10型)[8,19]；土壤田間持水量采用威爾科克斯法測(cè)定[20]；土壤pH 值采用電位法測(cè)定(PHS-3C型)，土水比為1∶2.5[21]；炭pH 值采用GB/T 7702.16—1997標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法，炭水比為1∶10[22]；灰分含量采用GB/T 12496.3—1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法[23]；比表面積和平均孔徑采用比表面積和微孔分析儀(JW-BK112T型)測(cè)定；沼液粘度采用NDJ-9S型數(shù)顯粘度計(jì)測(cè)定。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013、Origin 9.1整理數(shù)據(jù)和繪圖，采用SPSS 22.0分析相關(guān)性及顯著性。

1.3 計(jì)算方法

土壤對(duì)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的單位吸附量為

(1)

土壤對(duì)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的單位解吸量為

(2)

土壤對(duì)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的有效吸附量為

Q2=Q-Q1

(3)

土壤對(duì)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的解吸率為

(4)

式中Q——吸附平衡時(shí)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的單位吸附量，mg/kg

Q1——解吸平衡時(shí)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的單位解吸量，mg/kg

Q2——吸附平衡時(shí)氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的有效吸附量，mg/kg

C0——沼液中氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的初始質(zhì)量濃度，mg/L

Ci——吸附平衡時(shí)溶液中氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度，mg/L

C——解吸平衡時(shí)溶液中氨態(tài)氮/硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度，mg/L

Vi——吸附平衡溶液的體積，取60 mL

M——炭土混合物質(zhì)量，取3 g

2 結(jié)果與分析

2.1 黑土對(duì)豬糞沼液中氮素的吸附特性分析

2.1.1炭粒徑和添加比例的影響

活性炭、楊木炭的粒徑和添加比例對(duì)黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，黑土對(duì)沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量均隨著活性炭、楊木炭添加比例的增加而顯著增加(P<0.01)，純活性炭、純楊木炭的吸附量顯著高于其他各黑土組(P<0.001)。當(dāng)活性炭、楊木炭添加比例為2%時(shí)，各黑土組的吸附量增加最快，當(dāng)添加比例為5%和10%時(shí)，雖然吸附量仍在迅速增加，但吸附量的增加幅度略有降低，因?yàn)檎右褐邪睉B(tài)氮、硝態(tài)氮的初始質(zhì)量濃度相同，炭的比例增加時(shí)，活性位點(diǎn)和比表面積隨之增加，但表面活性位點(diǎn)變化反而減小，氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的增加幅度反而有所降低[24-25]。0.25 mm粒徑的炭顯著好于其他粒徑(P<0.001)，0.5 mm粒徑其次，1 mm粒徑炭的影響效果最差。比表面積是影響炭吸附特性的重要指標(biāo)，而炭的比表面積隨著粒徑的減小而增大[24-26]，當(dāng)假設(shè)吸附速率完全依賴(lài)于比表面積時(shí)，較小的炭粒徑會(huì)縮短擴(kuò)散路徑，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁玫臋C(jī)會(huì)讓吸附離子穿透其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)[27-28]。當(dāng)炭粒徑和添加比例相同時(shí)，活性炭的吸附效果略?xún)?yōu)于楊木炭，因?yàn)榛钚蕴渴且环N經(jīng)活化、洗滌后的炭，其比表面積和平均孔徑均大于楊木炭，添加到黑土中更能增加黑土的孔隙度和比表面積。本試驗(yàn)中，當(dāng)兩種炭的粒徑為0.25 mm、添加比例為10%時(shí)，黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量均達(dá)到最大值。此時(shí)，添加楊木炭黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量為224.8、107 mg/kg和212.4、104 mg/kg，與空白純黑壤土和純黑砂土相比提高388.7%、296.3%和453.13%、333.33%(P<0.001)，與添加活性炭的黑壤土和黑砂土相比降低19.71%、10.08%和12.38%、7.14%。而純活性炭和純楊木炭的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量為1 015.2、462 mg/kg和978.3、447 mg/kg?？梢?jiàn)，楊木炭對(duì)黑土吸附氨態(tài)氮的提高幅度更大，但其提高黑土對(duì)硝態(tài)氮的吸附效果更接近于活性炭，說(shuō)明未經(jīng)活化、洗滌的楊木炭在改善東北黑土氮素的持留能力、減少沼液氮素的損失方面能夠達(dá)到良好的效果。同時(shí)，黑壤土的吸附效果均優(yōu)于黑砂土，因?yàn)楹谌劳恋恼沉：看笥诤谏巴?，同質(zhì)量土壤中黑壤土的顆粒更細(xì)、比表面積更大[8]。此外，在粒徑0.25 mm、添加比例10%條件下，吸附反應(yīng)平衡后，添加楊木炭的黑壤土組和黑砂土組沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度分別為初始沼液質(zhì)量濃度的98.41%、77.85%和98.49%、78.47%，與添加活性炭各組的差異均不超過(guò)2.5%，進(jìn)一步證明了楊木炭在提高黑土吸附沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮方面的效果優(yōu)良。

2.1.2沼液初始質(zhì)量濃度的影響

沼液初始質(zhì)量濃度對(duì)添加兩種炭的黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響如圖2所示。

圖1 炭粒徑和添加比例對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的影響

圖2 沼液初始質(zhì)量濃度對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的影響

2.1.3振蕩時(shí)間的影響

振蕩時(shí)間對(duì)添加兩種炭的黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響如圖3所示。

圖3 振蕩時(shí)間對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的影響

2.1.4溫度的影響

溫度對(duì)添加兩種炭的黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響如圖4所示。

圖4 溫度對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的影響

2.2 添加炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附模型分析

采用Freundlich[26]、Langmuir[26]、Temkin[32]3種標(biāo)準(zhǔn)等溫吸附模型研究添加活性炭、楊木炭的黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程，擬合參數(shù)如表1所示，表中k為吸附容量，n為與溫度相關(guān)的常數(shù)，q為最大吸附量，K為吸附表面強(qiáng)度的常數(shù)，A為平衡吸附常數(shù)，B為與吸附相關(guān)的常數(shù)。

由表1可以看出，F(xiàn)reundlich模型和Langmuir模型均能較好地模擬添加活性炭、楊木炭的黑土吸附豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的過(guò)程，決定系數(shù)均大于0.999，但Freundlich模型相對(duì)更優(yōu)，Temkin模型的模擬效果最差。Freundlich模型是假設(shè)吸附劑在非均勻表面上進(jìn)行不均勻的多分子層物理吸附，更適于液體吸附[32,37]。而Langmuir模型則假設(shè)吸附是表面均勻的單分子層化學(xué)吸附。根據(jù)Freundlich模型結(jié)果可知，純活性炭、純楊木炭的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的n值和添加活性炭、楊木炭黑土硝態(tài)氮的n值均大于1，純黑土和添加活性炭、楊木炭黑土氨態(tài)氮的n值均在1附近，說(shuō)明吸附均比較容易進(jìn)行，且活性炭、楊木炭對(duì)黑土吸附硝態(tài)氮的促進(jìn)效果更好。同時(shí)，氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附容量k值的大小順序與上述各對(duì)比組吸附能力的強(qiáng)弱規(guī)律一致，k值越大，吸附容量越大，吸附速率則越快。同時(shí)，Langmuir模型中的最大吸附量q值和吸附表面強(qiáng)度K值也表現(xiàn)出相似的規(guī)律。因此，本試驗(yàn)中，添加活性炭、楊木炭的黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程同時(shí)存在不均勻的多分子層表面物理吸附和均勻的單分子層化學(xué)吸附。與此相似，KIZITO等[12]發(fā)現(xiàn)，雜木炭和稻殼炭對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程符合Langmuir模型。而杜衍紅等[32]得出，稻殼炭對(duì)水中氨態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程符合 Freundlich 模型。CHINTALA等[38]、王榮榮等[39]均證明，F(xiàn)reundlich模型能更好地模擬生物炭對(duì)硝態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程。

表1 添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附參數(shù)

注：*** 表示P<0.001，** 表示P<0.01，下同。

2.3 添加炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附的動(dòng)力學(xué)模型分析

采用準(zhǔn)一級(jí)[12]、準(zhǔn)二級(jí)[12]、Elovich[32]、顆粒內(nèi)部擴(kuò)散方程[32]4種標(biāo)準(zhǔn)吸附動(dòng)力學(xué)模型研究添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程，擬合參數(shù)如表2所示，表中k1為準(zhǔn)一級(jí)吸附速率常數(shù)，k2為準(zhǔn)二級(jí)吸附速率常數(shù)，α為初始吸附速率常數(shù)，β為解吸吸附速率常數(shù)，kp為顆粒內(nèi)部擴(kuò)散速率常數(shù)。

表2 添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.4 添加炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的解吸特性分析

解吸過(guò)程是吸附的逆過(guò)程，解吸率是量化楊木炭提高黑土對(duì)豬糞沼液中氮素有效吸附特性的重要指標(biāo)。黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附平衡后的解吸率和有效吸附量如圖5(圖中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.001))所示。

圖5 氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的解吸率和有效吸附量

由圖5可以看出，活性炭、楊木炭均顯著提高了黑土對(duì)氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的解吸率(P<0.001)，添加楊木炭黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的解吸率為18.68%、5.79%和16.48%、5.28%，比空白純黑壤土和純黑砂土提高26.39%、91.09%和37.56%、80.82%，比添加活性炭的黑壤土和黑砂土減少20.75%、13.84%和27.37%、21.08%。純楊木炭氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的解吸率為32.17%、10.94%，比純活性炭減少3.68%、2.5%。各對(duì)比組氨態(tài)氮、硝態(tài)氮解吸率的大小順序與吸附量相一致，表明吸附量越大，解吸量也越多。因?yàn)槲锢砦竭^(guò)程中吸附質(zhì)和吸附劑之間的吸附力相較于化學(xué)吸附略弱，且氨態(tài)氮、硝態(tài)氮均極易溶于水，因此會(huì)有一部分氨態(tài)氮、硝態(tài)氮被解吸。本試驗(yàn)中，添加楊木炭黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的有效吸附量為182.8、100.8 mg/kg和177.4、98.5 mg/kg，比空白純黑壤土和黑砂土提高366.33%、285.03%和424.85%、322.75%，比添加活性炭的各組減少14.57%、9.19%和5.34%、5.74%。純活性炭和純楊木炭的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的有效吸附量為676.12、410.16 mg/kg和663.58、398.09 mg/kg。各對(duì)比組有效吸附量的大小順序與吸附量仍保持一致，但解吸量遠(yuǎn)小于有效吸附量，進(jìn)一步證明了添加楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附效果良好，且吸附過(guò)程中同時(shí)存在物理吸附和化學(xué)吸附。

3 結(jié)論

(1)黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量隨活性炭、楊木炭粒徑的減小、添加比例的增加而顯著增加；當(dāng)粒徑為0.25 mm、添加比例為10%時(shí)，添加楊木炭的黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量比空白純黑壤土和純黑砂土提高388.7%、296.3%和453.13%、333.33%，比添加活性炭的各組降低19.71%、10.08%和12.38%、7.14%；楊木炭對(duì)黑土吸附氨態(tài)氮的提高幅度更大，但其對(duì)黑土吸附硝態(tài)氮的提高效果更接近于活性炭；添加楊木炭比添加活性炭對(duì)吸附平衡后沼液氨態(tài)氮、硝態(tài)氮質(zhì)量濃度變化影響的差異均不超過(guò)2.5%，楊木炭在提高黑土吸附沼液氮素的能力、減少沼液氮素?fù)p失方面效果良好。

(2)添加活性炭、楊木炭的黑土對(duì)沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量與沼液初始質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且初始質(zhì)量濃度越高，其吸附量相對(duì)空白純黑土的增加幅度越大；在各個(gè)質(zhì)量濃度下，添加楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量比添加活性炭的各組降低均不超過(guò)20.26%。

(3)在沼液中多種離子干擾的條件下，添加活性炭黑土、楊木炭黑土、空白純黑土和純炭對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮的吸附過(guò)程為吸熱反應(yīng)，而對(duì)硝態(tài)氮的吸附過(guò)程為放熱反應(yīng)；25～30℃時(shí)氨態(tài)氮的吸附增量均大于10%，而30～35℃時(shí)均不超過(guò)2.1%，楊木炭各組與活性炭各組對(duì)氨態(tài)氮吸附增量的差異均不超過(guò)1%；25℃時(shí)，添加活性炭和楊木炭的黑壤土、黑砂土的硝態(tài)氮的吸附量比35℃時(shí)提高5.88%、6.25%和6.54%、6.73%。Freundlich模型和Langmuir模型均能較好地模擬添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的等溫吸附過(guò)程，F(xiàn)reundlich模型相對(duì)更優(yōu)，等溫吸附過(guò)程中同時(shí)存在不均勻的多分子層表面物理吸附和均勻的單分子層化學(xué)吸附。

(4)添加活性炭、楊木炭黑土，空白純黑土、純炭對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附過(guò)程均經(jīng)歷快速、緩慢、趨于平衡3個(gè)階段，硝態(tài)氮快速吸附的時(shí)間更短；前60 min，添加楊木炭黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮吸附量的增加幅度比添加活性炭的各組降低8.35%、7.25%和9.09%、4.55%；準(zhǔn)二級(jí)模型更適于描述添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以化學(xué)吸附為主。

(5)添加活性炭、楊木炭黑土對(duì)豬糞沼液中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸附量越大，解吸率也越大，但解吸量遠(yuǎn)小于有效吸附量，添加楊木炭黑壤土和黑砂土的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的有效吸附量比添加活性炭的各組減少14.57%、9.19%和5.34%、5.74%。