藉由人工生物炭移除農業灌溉系統中過剩的磷並循環再利用
2024/12/28 @國際
摘要
人工排水系統容易造成土壤中磷酸根流失，藉由木屑及石灰石鈣製成的生物炭，可有效吸附磷酸根且成本低於其他生物炭，最終利用完的生物炭可作為土壤改良劑回歸土地，希望未來能應用此生物炭協助農業及城市的水質管理。
示意圖
人工排水造成暗管排水系統(tile-drainage)中非點源污染的可溶性反應性磷酸根(non-point dissolved reactive phosphorus , DRP)流失，導致水質汙染或藻華(algal blooms )等問題。近年來，生物炭因可用於固碳、促進灌溉、提升土壤肥力甚至過濾塑膠微粒而備受歡迎，美國伊利諾大學(University of Illinois)的研究人員將兩種廢棄物木屑及用於淨化水質後產生的的石灰石鈣(lime sludge)，在高溫、低氧的環境下裂解製成生物炭，經試驗證實此種生物炭能吸附受汙染水源中的DRP，但仍需進一步大規模的田間試驗。
研究團隊另外在9.71公頃田區進行試驗，分別在兩個季節進行，用以確認是否會受到降雨量的影響，研究人員將生物炭置於暗管排水系統管道出口附近，以顆粒大小分別為2-3 cm、小於1 cm的2種生物炭進行試驗。研究結果顯示，生物炭確實能有效吸附過量的DRP，而顆粒大小對於吸附能力影響最大，顆粒越小吸附能力越快也越有效率，與實驗室內的結果相符，大顆粒僅能擷取3-5.2毫克重的物質、吸附磷的效率為1.3%-12%，而小顆粒能吸附27.2-30.4毫克的物質使吸附效率達38%-41%，此外，流速、磷酸跟濃度皆會影響，相關文獻發表於Water Research。
研究評估了生物炭製造的成本每公噸約413美元，遠低於其他生物炭的製造成本，且最終這些廢棄的生物炭可作為土壤改良劑回歸農地，有助於農業的永續性。本次田間試驗讓生物炭走出實驗室內的試驗階段，期望未來能優化生物碳的應用、推行至城市及農業灌溉系統中，協助水質的淨化與管理。【延伸閱讀】-【增匯】從陸地上的藻華捕獲碳
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