厭氧消化產沼氣或生物天然氣是畜禽糞便資源化利用公認最有效的技術手段，但是目前沼液的消納處理和資源化利用已經成為制約沼氣和生物天然氣產業的技術瓶頸。沼液中含有豐富的營養物質，包括氮、磷、鉀、微量元素、氨基酸和維生素，因此可被用作肥料或土壤改良劑。然而，當沼液的施用量超過農田土壤承載能力時，沼液不得不當作廢水處理，這不僅增加了生產成本，而且造成了巨大的營養資源浪費。因此，發展沼液的處理和利用技術，尤其回收沼液中的養分，已成為沼氣產業的一項緊迫任務。 

 另一方面，國內外學者將農林廢棄物通過水熱碳化制備成生物炭，實現秸稈資源化利用和碳負排，并通過生物炭吸附沼液中的養分生產炭基肥，可將秸稈資源化利用、沼液養分回收、碳負排等需求結合到一起。然而，生物炭對沼液中氮、磷、鉀等養分的吸收只是物理吸附，養分吸收能力有限。為此，中國科學院成都生物研究所李東研究員提出一種秸稈和沼液聯合水熱碳化的技術路徑，將水熱碳化和沼液養分回收結合到一起，預期利用水熱過程的化學鍵合和物理吸附作用，提高生物炭對沼液養分的吸收能力。 

 為全面探究玉米秸稈與雞糞沼液聯合水熱碳化對沼液中的養分回收效果，中國科學院成都生物研究所碩士研究生蔣悔爾在李東研究員的指導下，探究了溫度和固液比對玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化對沼液中養分回收的影響，并在最佳溫度和固液比的條件下對比了玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化（HTCBS）與玉米秸稈水熱碳化后再吸附沼液（HTC-BSA）的養分回收效果。結果顯示，HTCBS工藝的最佳溫度為250℃，最佳固液比為1:10。液相中TN、NH₄⁺-N、TP濃度與原始沼液相比分別降低了30%、64%和91%，而TK濃度與原始沼液相比增加了36%。與傳統的HTC-BSA工藝相比，HTCBS工藝對沼液中氮、磷的處理效果更顯著，表明其更適合用于從沼液中回收養分，但二者對鉀均無吸附作用。通過元素組成、FT-IR、XPS、XRD等分析，揭示了玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化對沼液中N、P、K的遷移機理。沼液中的N通過形成C-N鍵而被吸附，沼液中的P則是通過與鈣、鎂、鐵、鋁等形成金屬磷酸鹽沉淀而被回收，HTCBS工藝對沼液中的K均無吸附作用，反而會促進生物質中K的釋放。此外，研究發現，經HTCBS工藝后產生大量腐殖質并溶解在水熱碳化液相中。建議采用HTCBS技術生產富含N、P的炭基肥和腐植酸鉀水溶肥。該研究針對HTCBS技術對沼液中N、P、K的養分回收進行了深入分析研究并揭示了其內在機理，為該技術的規模化應用提供了理論和技術支撐。 

 本研究得到了國家重點研發計劃課題(2019YFD1100603)、四川省科技計劃項目（2021ZHZY0016）、中科院“西部之光”項目(2018XBZG_XBQNXZ_A_004, 2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)、四川省委組織部人才專項基金的聯合資助。研究成果以碩士研究生蔣悔爾為第一作者、李東研究員為通訊作者發表在Journal of cleaner production期刊上。 

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　　玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化聯產炭基肥和腐殖酸鉀水溶肥