一种沉积物温室气体减排或碱度改良方法 |
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| 申请号 | CN202311549047.9 | 申请日 | 2023-11-20 | 公开(公告)号 | CN117654236A | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 中国科学院华南植物园; | 发明人 | 王法明; 周金戈; 甘淑钗; 何华; 覃国铭; 张靖凡; 李应文; 李泳兴; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 碳 减排技术领域，公开了一种 沉积物 温室 气体 减排或 碱 度改良方法。 硫酸 钙 或其 水 合物在沉积物温室气体减排或碱度改良中的应用，硫酸钙或其水合物为 脱硫 石膏 ，能够实现脱硫石膏的资源化利用，减少环境污染；硫酸钙或其水合物能够有效抑制沉积物温室气体的产生速率，促进温室气体的吸收；溶解产生的Ca2+能 加速 Na+释放，中和沉积物酸碱度， 能与沉积物中的 和 发生置换反应，降低碱化度；同时Ca2+的释放有益于 植物 生长，能够提升沉积物的肥 力 。此方法只需将硫酸钙或其水合物与沉积物混合处理，就能实现沉积物温室气体减排或降低总碱度，方法简单，成本低，效果好，适于实用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.硫酸钙或其水合物在沉积物温室气体减排或碱度改良中的应用。 |
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| 说明书全文 | 一种沉积物温室气体减排或碱度改良方法技术领域背景技术[0002] 脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫机组采用石灰石‑石膏法进行烟气脱硫的过程中，由石灰石浆液吸收二氧化硫反应后生成的主要固体副产物。火力发电厂烟气脱硫过程中，每脱除1t二氧化硫约生成2.7t脱硫石膏。随着电厂烟气脱硫工艺的全面普及，脱硫石膏产量大幅提升，但利用率低，仅为65％。未被利用的脱硫石膏堆存占用大量土地，同时其中的有害物质会随雨水进入地下水系，极易造成土壤和水环境的二次污染。 [0003] 滨海滩涂作为陆地和海洋生态系统的过渡区域，提供了多种生态系统服务功能，诸如碳汇、维持生物多样性、控制污染、调节气候等，并在调节区域资源平衡、改善环境质量及维持滨海地区生态安全等方面发挥了重要作用。由于沿海地区地下水水位偏高，且受到水平方向上海洋潮汐的影响，滨海滩涂盐碱化程度较高。滨海滩涂生态系统相较于陆地生态系统而言具有更强的固碳能力。海洋潮汐通过悬浮沉积物的供给影响滩涂土壤的碳累积速率，滨海滩涂的植物凋落物沉积在土壤中，海水的潮汐涨落可以很大程度上延缓沉积物中有机质的分解；在全球气候变化的背景下，海平面的升高促使滨海滩涂中的沉积物逐渐增多，并被掩埋在较深层的土壤中，客观上对有机质的分解产生一定的限制作用，在数百年甚至数万年的时间里，沉积物中的碳保持较稳定的状态，能够形成长久稳定的储存碳。滨海滩涂是地球上的高密度碳汇，其沉积物中有机碳的不断累积，及较低的温室气体产生与排放，有助于减缓全球气候变暖的严峻形势。因此，开发一种滨海滩涂的减排增汇和碱度改善的方法，具有重要意义。 发明内容[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供硫酸钙或其水合物在沉积物温室气体减排或碱度改良中的应用；本发明的目的之二在于提供一种沉积物温室气体减排或碱度改良方法。 [0005] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是： [0006] 本发明的第一方面提供了硫酸钙或其水合物在沉积物温室气体减排或碱度改良中的应用。 [0007] 优选地，所述硫酸钙或其水合物为脱硫石膏。 [0008] 优选地，所述沉积物包括滨海滩涂沉积物。 [0009] 优选地，所述沉积物的理化性质为如下至少一项：含水率为49～53％；pH值为6.93 ～7.4；有机碳含量为11.4～13.2g/kg；容重为0.6～0.8g/cm；总氮含量为1.1～1.3g/kg； 总磷含量为0.5～0.6g/kg；硝态氮含量为0.3～2.3mg/kg；铵态氮含量为32.5～43.1mg/kg。 [0010] 优选地，所述温室气体包括CO2、CH4、N2O中的至少一种。 [0011] 优选地，所述碱度改良为降低总碱度。 [0012] 优选地，所述脱硫石膏的CaSO4·2H2O含量为≥93％。 [0013] 本发明的第二方面提供了一种沉积物温室气体减排或碱度改良方法，包括以下步骤：将硫酸钙或其水合物与沉积物混合，进行处理。 [0014] 优选地，所述硫酸钙或其水合物与沉积物的质量比为1：(400～600)；进一步优选地，所述硫酸钙或其水合物与沉积物的质量比为1：(450～550)。 [0015] 优选地，所述处理的时间为20～40d；进一步优选地，所述处理的时间为25～35d。 [0016] 本发明的有益效果是： [0017] 1)本发明提供的硫酸钙或其水合物在沉积物温室气体减排或碱度改良中的应用，硫酸钙或其水合物为脱硫石膏，能够实现脱硫石膏的资源化利用，减少环境污染；硫酸钙或2+ 其水合物能够有效抑制沉积物温室气体的产生速率，溶解产生的过饱和的Ca 还能促进其 2+ + 吸收CO2并反应产生CaCO3沉淀，从而促进温室气体的吸收；Ca 能够加速Na 释放，起到中和酸碱度的作用； 可以与沉积物中的 和 发生置换反应，降低沉积物碱化度；同 2+ 时Ca 的释放有益于植物生长，能够提升沉积物肥力，应用效果好。 [0019] 图1为滨海滩涂沉积物温室气体减排或碱度改良培养实验示意图； [0020] 图2为培养实验第1天和第30天的温室气体产生速率对比图； [0021] 图3为培养实验中Ca2+浓度变化图； [0022] 图4为培养实验中总碱度变化图。 具体实施方式[0023] 以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。 [0024] 以下实施例所用沉积物和海水均采集自广东省珠海市淇澳岛自然红树林保护区(22°23′～22°27′N，113°36′～113°39′E)，淇澳岛保护面积为24ha，植被覆盖率达90％，气候类型为南亚热带海洋季风气候，年平均气温为22.4℃，年平均降水量为1964mm，年平均空气湿度为80％，该区域属于不规则半日潮，平均潮高0.18m。所用的样品采集于珠海淇澳岛自然保护区内没有植被生长的滨海潮滩附近。沉积物的理化性质如表1所示。 [0025] 表1沉积物的理化性质 [0026]指标 含量 含水率(％) 51.0±1.47 pH 7.14±0.17 有机碳含量(g/kg) 12.3±0.87 容重(g/cm) 0.70±0.04 总氮含量(g/kg) 1.20±0.09 总磷含量(g/kg) 0.55±0.03 硝态氮含量(mg/kg) 1.33±0.97 铵态氮含量(mg/kg) 37.8±5.29 [0027] 实施例1 [0028] 1.采用的培养装置为500mL顶空瓶，各个瓶中装入200g的潮滩沉积物样品和200mL的海水，在每个培养瓶中加入0.4g的CaSO4粉末(以CaSO4表征脱硫石膏的添加处理)。实验组和对照组每组设置4个平行样，每日进行轻微晃动1h，仅晃动沉积物表层。按照培养周期0，1，3，5，7，15，30进行液体的样品采集与实验测定，观察硫酸钙的溶解情况以及碱度的变化； 同时在培养的第1天和第30天进行气体的采集来量化温室气体的产生速率，比较培养的不同阶段硫酸钙添加对温室气体减排的作用效果。培养实验示意图如图1所示。 [0029] 2.检测仪器与计算方法： [0030] 1)Ca2+和 浓度：利用离子色谱仪进行测定(瑞士万通930Compact IC Flex)； [0031] 2)二氧化碳总量(DIC)：使用TOC仪进行分析测定(德国耶拿multi N/C 3100)； [0032] 3)温室气体的浓度(CO2、CH4、N2O)：基于气相色谱仪获取数据(Agilent 7890a)； [0033] 4)总碱度：通过DIC的浓度和pH值进行换算，根据公式(1)～(4)计算得到： [0034] [H+] ＝ 10^ (‑pH) (1) [0035] [0036] [0037] [0038] 其中，K1为 的解离常数[10^(‑6.3)]，K2为 的解离常数[10^(‑10.3)]，K1、K2的测定温度为25℃。 [0039] 图1为滨海滩涂沉积物温室气体减排或碱度改良培养实验示意图。由图1可知，培养实验为对照实验，设有对照组和实验组，每组处理设置4个重复，以保证实验数据的可靠性；实验组顶空瓶中加入沉积物、海水和硫酸钙，对照组未添加硫酸钙；培养实验中还加入海水，以模拟沉积物所处的实际环境，培养过程中每日进行轻微晃动1h，仅晃动沉积物表层，目的在于模仿陆海动力交互作用。 [0040] 图2为培养实验第1天和第30天的温室气体产生速率对比图；表2为硫酸钙添加对‑1 ‑1温室气体产生速率(g·L ·h )的影响。由图2和表2可知，培养实验第1天，实验组CO2、CH4和N2O的产生速率分别是对照组的69.4％、54.0％和44.6％，说明在培养实验的初期，添加硫酸钙之后显著降低了滨海潮滩沉积物的温室气体排放速率；在培养实验的末期(第30天)，硫酸钙的添加对温室气体减排作用相对来说趋于稳定，但其对CO2的产生有了明显的抑制，转化为吸收CO2。 [0041] 表2硫酸钙添加对温室气体产生速率(g·L‑1·h‑1)的影响 [0042] [0043] 图3为培养实验中Ca2+浓度变化图。由图3可知，硫酸钙的添加显著提升了滨海潮滩2+ 沉积物的Ca 浓度，在7～15天左右其钙离子浓度趋于稳定。这说明硫酸钙在陆海动力交互作用下半个月左右的时间就能完全溶解。 [0044] 图4为培养实验中总碱度变化图。由图4可知，当Ca2+浓度趋于稳定，即硫酸钙完全溶解之后(培养周期7～15天左右)，实验组的总碱度低于对照组，说明硫酸钙溶解后，其中2+ + 可以与沉积物中的 和 发生置换反应，降低碱化度，Ca 可以加速Na释放，起到中和沉积物酸碱度的作用。 [0045] 可见，将硫酸钙或其水合物应用于滨海滩涂沉积物温室气体减排和碱度改良时，在滨海滩涂施加硫酸钙或其水合物，能够在短期同时减少温室气体CO2、CH4、N2O的排放；硫2+ 酸钙经过缓慢溶解，Ca 会与空气中的CO2反应产生CaCO3沉淀，从而促进温室气体的吸收，有利于加速碳的吸收；此外， 可以与沉积物中的 和 发生置换反应，降低碱化 2+ + 2+ 度；Ca 可加速Na释放，能够中和沉积物酸碱度；Ca 的释放还有益于植物生长，提高滩涂的肥力。本发明提供的应用和方法能够有效实现滨海滩涂沉积物的减排增汇和碱度改善，应用效果好，方法操作简单，成本低，适于实用。 |
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