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(4)多酚合成理论
Flaig和Stevenson发展了Enders理论,强调纤维素、半纤维素的葡萄糖苷、单宁酸以及其他非木质素物质,只要能被微生物利用,几乎都能转化为多酚,它们在多酚氧化酶的作用下转化为醌,再与氨基化合物反应,缩合成富里酸,最后聚合成胡敏酸和腐黑物。
目前,土壤学家和煤化学家普遍认同多酚合成理论,该理论肯定了腐殖酸合成的复杂性和多样性。
用多酚合成理论解释污泥在稳定化过程中腐殖酸类物质的合成原理
细菌在一定条件下(长泥龄、高温等)发生细胞裂解,胞内多糖物质和胞外游离的有机碳化合物在氧化酶的作用下,被微生物转化为酚类,一部分酚类直接聚合成腐殖酸类物质,一部分酚类在多酚氧化酶的作用下转化成醌类和酮酸,再与氨基化合物反应,缩合成多环体系,即富里酸,最后聚合成胡敏酸和腐黑物。
物质合成过程图解
5 稳定化产物可利用价值揭示
稳定化产物(又称之为有机炭土、生物炭土)因富含有机质、腐殖酸、微量营养元素、多种氨基酸和酶类等,被认为有重要的土地利用潜力。其中,腐殖酸是一种富含多种活性含氧官能团的大分子有机物。
1、腐殖酸对土壤生态系统的作用
土壤结构的稳定剂:腐殖酸的胶体性能能改善土壤的团粒结构,使土壤吸水量增大,透气性增强,孔隙度和持水量增加,有助于提高土壤的保水、保肥能力,从而改善作物的土壤环境。
土壤的改良剂:腐殖酸含有较多的活性基团,盐基交换容量大,能够吸附土壤中更多的可溶性盐,同时阻碍较大数量的有害阳离子,降低土壤盐浓度和酸碱度,达到酸碱平衡,从而起到改良盐碱土壤的作用。
重金属的固定剂:腐殖酸含有多种类的活性基团,与重金属离子、放射性核素以及芳香化合物等物质发生吸附、离子交换、氧化还原、络合鳌合等各种物理化学反应,对转化和降解污染物,净化土壤环境起重要作用。
微量元素的溶解剂:腐殖酸可以与中、微量元素发生螯合反应,生成溶解性好、可被植物吸收和利用的螯合物,从而有利于植物对其吸收和利用。
植物养料的仓库:腐殖酸虽不能直接被植物吸收利用,但在固定、储存营养元素方面有重要作用。
2、腐殖酸的分类
腐殖酸按其在环境中的形态又分为富里酸和胡敏酸。
富里酸是一类水溶性的小分子腐殖酸,在土壤中有较好的扩散性和渗透性,可被植物直接吸收利用;
胡敏酸是一类非水溶性的大分子腐殖酸,化学结构相对稳定,在土壤中的迁移性较差,不能被植物直接吸收利用,但在固定、储存营养元素、改善土壤肥力等方面发挥着重要功能。
3、腐殖酸在地球化学中的重要性
在碳循环中,腐殖酸是动植物残体回归自然生态系统的中间介质,是能量交换的载体,也是化石能源(煤、石油、天然气)形成的前驱物。
污泥的稳定化过程是模仿自然过程,用工程化手段实现了微生物残体、有机物向腐殖酸的转化,促进了腐殖酸在地球化学中的碳循环。
4、稳定化产物出路的多样性
沼气、沼渣和沼液是厌氧消化的三大产物。
沼气的热电联产已实现产业化(1标立方米沼气可发2.3度电);
沼渣富含有机质、腐殖酸、微量营养元素、多种氨基酸和酶类等,能起到改良土壤的作用,有重要的土地利用价值(东北黑土地的有机质中有32%的腐殖酸,而污泥处理产物的腐殖酸占总有机质的10-20%)。
沼液,富含液态腐殖酸、无机氮磷、微量营养元素等,其速效营养能力强,养分可利用率高,是多元的速效复合肥料。
创新产物出路:产物土地利用是污泥产物资源化利用最大的载体。为推动产物的土地利用,当前市场上出现了“移动森林”、“移动草坪”、行道树的“缓释肥料棒”等产品,将处理产物提升到产品,对污泥处理企业而言,有了新的盈利点。
6 污泥稳定化产物生态利用案例
1、镇江污泥处理项目
镇江污泥处理项目充分利用厌氧消化产物,将产物脱水、太阳能干化后制成生物炭土,使用控根快速育苗容器,利用滴灌技术,将生物炭土与普通黄土按一定比例混合,配成适宜苗木生长的种植土,也称之为“移动森林”。目前,镇江项目基地移动森林有135亩,种植有桂花、海棠、紫薇和红枫等树种,配土比例有1:1、1.5:1(生物炭土:黄土)和全炭土。
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