葉沁輝，陳紅，于鑫，王凱，于露瀅，曾可佳

（東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

廢棄生物質(zhì)的沼氣資源化利用是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的重要方向之一，根據(jù)農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查司的數(shù)據(jù)，截至2018 年底，農(nóng)村沼氣建設(shè)工程數(shù)量已超過(guò)10萬(wàn)個(gè)[1]。厭氧消化是人工生產(chǎn)沼氣的主要方法，即在厭氧環(huán)境下利用微生物的分解代謝將有機(jī)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過(guò)程。然而，厭氧消化工藝在廢棄生物質(zhì)處理過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，不可避免地產(chǎn)生大量廢棄沼渣。這些沼渣不僅體量大、氣味重，還常攜帶有重金屬、抗生素和致病菌，極易對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成二次污染[2]。研究表明，在厭氧消化過(guò)程中，僅有15%～40%的有機(jī)物被完全分解，大部分有機(jī)質(zhì)殘留在了沼渣和沼液中，造成了巨大的資源浪費(fèi)[3]。因此，亟待探究出一種安全可靠的沼渣處理方式，既能減少?gòu)U棄沼渣的體積量，又能產(chǎn)生高附加值的衍生物，進(jìn)一步推動(dòng)沼氣產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

沼渣是以動(dòng)物糞尿、廚余垃圾、作物秸稈等有機(jī)物為原料，經(jīng)產(chǎn)甲烷菌厭氧消化后殘留的固體渣質(zhì)，其主要成分包括了微生物菌落、工藝中間體和發(fā)酵過(guò)程中未完全分解的生物質(zhì)原料。此外，沼渣中保留有氨基酸、腐殖質(zhì)以及氮、磷、鉀等植物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在促進(jìn)作物生產(chǎn)方面具有很高的利用價(jià)值，因此又被稱為“沼肥”[4]。種植土地中在施加沼肥后土壤的有機(jī)質(zhì)含量提升到了91.60～107.23mg/g，全氮、有效磷、速效鉀含量也均有一定程度的提高，土壤增肥效果顯著，促進(jìn)了花生、小麥等農(nóng)作物產(chǎn)量的增長(zhǎng)[5]。此外，沼渣在土壤中施用還可以起到優(yōu)化土壤的組成成分、改善土壤理化性質(zhì)的功效[6]。不過(guò)，直接使用沼渣作為有機(jī)肥料有可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。例如，由于原料來(lái)源的多樣性，沼渣組成成分復(fù)雜多樣，部分沼渣存在高鹽分、抗生素、重金屬含量超標(biāo)的問(wèn)題，不宜直接施用[7]。焚燒發(fā)電和填埋處理是廢棄沼渣的另兩種主要處理方式，但這兩種工藝都存在著明顯的缺陷。焚燒可能會(huì)引起二污染，填埋占用土地資源，且兩種方式都伴隨溫室氣體的排放。鑒于沼渣中含有較高含量的有機(jī)質(zhì)，近年來(lái)涌現(xiàn)出越來(lái)越多的沼渣資源化利用新技術(shù)，沼渣生物制炭技術(shù)便是其中的典型代表。該工藝不僅能大幅度縮減污染物的體積，解決沼渣消納難題，還能將廢棄沼渣轉(zhuǎn)化為高附加值的生物炭，可謂“一舉兩得”。

生物炭是有機(jī)生物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制得的一類富碳材料[8]。這種新型的碳基材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能優(yōu)良，有效解決了廢棄生物質(zhì)處置和有機(jī)碳固定兩大難題，可被應(yīng)用于污染環(huán)境修復(fù)、土壤肥力改良、生物能源制備等諸多領(lǐng)域，市場(chǎng)潛力巨大[9]。廢棄沼渣來(lái)源廣，價(jià)格低廉，有機(jī)質(zhì)含量高，是制備生物炭的理想原材料[10]。本文基于現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料，重點(diǎn)總結(jié)了沼渣生物炭的制備工藝和改性方法，以及沼渣生物炭的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步介紹了沼渣生物炭的主要資源化應(yīng)用途徑，對(duì)未來(lái)沼渣生物炭資源利用的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 沼渣生物炭的制備

1.1 常規(guī)制備工藝

一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)反應(yīng)介質(zhì)、制備溫度及速率的不同，沼渣生物炭的常規(guī)制備工藝可分為高溫?zé)峤?、水熱炭化、氣化和微波熱解四大類，如?所示。

表1 沼渣生物炭的常規(guī)制備工藝

高溫?zé)峤夥ㄊ侵冈谌鄙傺鯕獾沫h(huán)境下，通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，將沼渣生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為不同相態(tài)的碳?xì)浠衔?，如固相沼渣炭、液相生物油、氣相混合氣。改變熱解反?yīng)的制備條件，便可以得到理化性質(zhì)、功能用途不同的熱解產(chǎn)物[11]。熱解法的優(yōu)點(diǎn)是僅依靠簡(jiǎn)單的工藝設(shè)備就能將厭氧消化過(guò)程中未分解完的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙發(fā)達(dá)的富碳材料，并且沼渣中的Cd、Cu、Zn 等重金屬可以通過(guò)熱解過(guò)程轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的形態(tài)，降低重金屬浸出的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。例如，Kistler等[12]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)中的Cd化合物在熱解過(guò)程中被還原為更穩(wěn)定的CdO 或Cd0，Cr、Ni、Cu、Zn 等重金屬，與羥基、羧基等官能團(tuán)結(jié)合在配合物中形成了穩(wěn)定的金屬螯合結(jié)構(gòu)，大大降低了重金屬的遷移率和生物利用度。

水熱炭化技術(shù)憑借其低能耗、高經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)點(diǎn)，成為廢棄生物質(zhì)資源化利用的重要手段。該技術(shù)將水和沼渣以一定的比例混合投入反應(yīng)釜中，在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度（140～280℃）、停留時(shí)間（0.5～24h）和壓力下（10～280bar，1bar=105Pa）下進(jìn)行一系列的水熱反應(yīng)，最終生成沼渣水熱炭和水熱上清液[13]。相比于其他的生物炭制備工藝，由于亞臨界水介質(zhì)的參與，經(jīng)過(guò)水熱炭化處理得到的沼渣生物炭具有晶粒尺寸均一、化學(xué)穩(wěn)定性佳、含氧官能團(tuán)豐富等優(yōu)點(diǎn)，可作為燃料或吸附劑使用[14]。此外，營(yíng)養(yǎng)元素的固定是水熱法的另一優(yōu)勢(shì)，水熱過(guò)程可以將原料中大部分營(yíng)養(yǎng)元素保留在生物炭中，使之能滿足土壤改良的要求[15]。

氣化法是一項(xiàng)新型的熱化學(xué)處理技術(shù)[16]。沼渣生物質(zhì)會(huì)在800℃以上的氣化爐中被氧化，轉(zhuǎn)化為可燃性氣體。該工藝也會(huì)伴隨生成一些沼渣生物炭，但其炭產(chǎn)量遠(yuǎn)低于高溫?zé)峤夂退疅崽炕に嘯17]。在高溫?zé)峤夤に囍校ǔ?huì)加入氮?dú)庾鳛槎栊暂d氣，而在氣化過(guò)程中填充的則是各種氣化劑。常圣強(qiáng)等[18]研究發(fā)現(xiàn)，氣化溫度對(duì)沼渣生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)有很大影響。隨著氣化溫度的逐漸升高，沼渣生物炭的孔隙密度、微孔半徑和比表面積都有明顯的增長(zhǎng)。而當(dāng)氣化溫度超過(guò)850℃的臨界值時(shí)，生物炭的芳香環(huán)會(huì)發(fā)生縮聚現(xiàn)象，表面微孔迅速膨脹，氣化反應(yīng)的活性降低，比表面積急劇縮小。

微波熱解法有效兼顧了傳統(tǒng)熱解法和微波輔助加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[19]。因?yàn)槲⒉梢钥焖贊B透到生物質(zhì)中，將能量均勻地?cái)U(kuò)散至整個(gè)材料，降低產(chǎn)品生成所需要的溫度和時(shí)間。研究表明原料用量、微波輻射時(shí)間、原料粒度和微波功率是影響微波熱裂解法過(guò)程效率的主要因素。Mari 等[20]在720W 的微波功率下，以10g生物質(zhì)原料（0.15mm）為原料，在20min后成功獲得了44.46%的最大生物炭產(chǎn)率。

1.2 改性優(yōu)化工藝

常規(guī)工藝制備的沼渣生物炭與原料相比，結(jié)構(gòu)性能已經(jīng)發(fā)生了明顯的改變，具有了資源化利用的價(jià)值。但在實(shí)際應(yīng)用中，研究人員發(fā)現(xiàn)未經(jīng)改性的沼渣生物炭存在孔隙度差、吸附容量小等問(wèn)題，吸附性能和催化降解效果未達(dá)到預(yù)期。此外，吸附點(diǎn)位少、離子交換性能弱等缺點(diǎn)也制約了沼渣生物炭在土壤修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用[25]。生物炭改性可以顯著改善炭材料的物理化學(xué)性能，是提高產(chǎn)品附加值的重要手段[26]。目前，沼渣生物炭的改性方法主要包括酸堿活化、表面活性劑活化、金屬離子活化和氧化劑活化，如表2所示。

表2 沼渣生物炭的改性優(yōu)化工藝

1.2.1 酸堿活化

酸堿活化是最常見(jiàn)的生物炭改性工藝之一。沼渣生物炭經(jīng)鹽酸、硫酸、磷酸等酸活化后，可去除表面的顆粒雜質(zhì)，提高生物炭的孔隙密度和比表面積[27]。例如，Ning 等[28]發(fā)現(xiàn)抗生素菌絲體殘?jiān)锾拷?jīng)過(guò)H3PO4改性后，其芳構(gòu)化程度和穩(wěn)定性得到了顯著增強(qiáng)，比表面積增大到了337.35m2/g。除酸改性外，研究人員發(fā)現(xiàn)強(qiáng)堿作用也能改善生物炭顆粒的孔隙構(gòu)造，增加生物炭的官能團(tuán)數(shù)量。Yu等[29]用KOH 活化改性了豬糞沼渣和秸稈沼渣為原料制備的兩種沼渣生物炭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改性以后的沼渣生物炭對(duì)氨氮表現(xiàn)出了更好的吸附效果。汪怡等[30]利用KOH 改性秸稈熱解炭，顯著增加了生物炭表面羥基等含氧官能團(tuán)的數(shù)量，提升了對(duì)于Cu2+、Pb2+等金屬離子的吸附效果。

1.2.2 表面活化劑活化

表面活性劑可以改變沼渣生物炭的親疏水性，增加碳材料表面的吸附位點(diǎn)，增強(qiáng)顆粒和污染物之間的吸附作用力，提高材料的吸附和催化降解能力[31]。例如，Zhou 等[32]利用殼聚糖改性沼渣生物炭，生產(chǎn)出了一種低成本的環(huán)境重金屬修復(fù)劑。與新鮮的沼渣生物炭相比，殼聚糖改性后的沼渣生物炭含有更多的氨基官能團(tuán)，對(duì)Cu2+、Cd2+、Pb2+等金屬陽(yáng)離子擁有了更好的去除效果。張一璇等[33]探究了十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為活化劑對(duì)甘蔗渣生物炭的改性效果。結(jié)果表明，活化劑的存在改變了生物炭表面的荷電狀態(tài)和吸附作用力，CTAB 改性的生物炭疏水性更強(qiáng)，吸附位點(diǎn)更多，吸附穩(wěn)定性高。

1.2.3 金屬離子活化

金屬離子溶液浸泡后，會(huì)在沼渣生物炭表面附著一層薄薄的金屬氧化物。這層金屬氧化物提升了生物炭的靜電吸附與離子交換能力，使其能夠更好地吸附溶液中的污染物質(zhì)[34]。Wang等[35]將沼渣生物炭浸漬在FeCl3溶液中一段時(shí)間，改性后的沼渣生物炭大幅提升了對(duì)As 的去除效果，這是因?yàn)樯锾勘砻尕?fù)載的α-FeCl3顆粒通過(guò)靜電作用產(chǎn)生了更多的吸附位點(diǎn)。Liu 等[36]以厭氧消化沼渣為原料，采用化學(xué)共沉淀法制備Mg2+/Fe3+復(fù)合沉淀物，然后在不同溫度下熱解制備了MgO 改性磁性生物炭。該生物炭材料可用于從水溶液中回收磷酸鹽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性后的沼渣生物炭表面附著上了大量的MgO/γ-Fe2O3納米粒子，這些納米粒子可以幫助生物炭富集更多的磷酸根離子，從而促進(jìn)磷元素的高效資源化回收。

1.2.4 氧化劑活化

氧化劑活化主要依靠強(qiáng)氧化劑氧化生物炭中的有機(jī)物，從而提高生物炭表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量。黃煜恒等[37]用H2O2將以沼渣為原料制得的高溫?zé)峤馓浚?00℃，2h）進(jìn)行了氧化改性。結(jié)果表明，經(jīng)雙氧水活化改性后，沼渣生物炭顆粒表面的吸附位點(diǎn)顯著增加，吸附四環(huán)素（C22H24N2O8）的能力大大提高，最高去除率達(dá)到了94.72%。

2 沼渣生物炭的結(jié)構(gòu)、元素構(gòu)成和理化性質(zhì)

2.1 表面結(jié)構(gòu)特征

沼渣生物炭通常結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，孔隙發(fā)達(dá)[41]。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）數(shù)據(jù)表明，生物炭表面會(huì)存在許多芳香族結(jié)構(gòu)，這是沼渣中脂肪族碳?xì)浠衔餆岱纸獾慕Y(jié)果。這些芳香族化合物撐起了生物炭的骨架，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示沼渣生物炭表面凹凸不平，布滿了大小不一的孔洞，而在生物炭?jī)?nèi)部則是形成了蜂窩狀的結(jié)構(gòu)排布。李沫杉等[42]通過(guò)拉曼光譜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沼渣生物炭呈現(xiàn)有序的石墨結(jié)構(gòu)。靳紅梅等[43]以豬糞沼渣為原料制備的水熱炭表面形成了很多碳微球顆粒，這有助于提升材料的吸附能力。

2.2 元素構(gòu)成

沼渣生物炭作為一種富碳材料，碳元素的含量很高。其次是氫和氧以及一定量的營(yíng)養(yǎng)元素（N、P）和少量的金屬元素。原料來(lái)源是影響沼渣生物碳元素構(gòu)成的首要因素。Sun 等[44]的研究表明，植物類沼渣的纖維素占比很高，灰分含量較低，生物炭中碳、氫、氧、氮四大元素的占比超過(guò)了70%；濕垃圾沼渣生物炭中碳元素的含量相對(duì)較低，僅占25.81%，氮元素的比例約為3%。此外，濕垃圾沼渣生物炭中還有少量的硫元素存在[45]。禽畜糞便沼渣的組成成分更為復(fù)雜，鹽分含量高，因此制得的生物炭中會(huì)含有微量的金屬元素（Mg、Ca、Na等），而以市政污泥為原料制備的沼渣生物炭中通常會(huì)殘留一些重金屬元素（Cr，Cd等）[46]。熱解溫度也會(huì)一定程度上影響沼渣生物炭元素構(gòu)成，一般來(lái)說(shuō)，提高熱解溫度會(huì)帶來(lái)更多水分蒸發(fā)和有機(jī)物的降解，沼渣生物炭中的C 元素占比會(huì)提高，H、O元素的含量則相應(yīng)降低。

2.3 理化性質(zhì)

2.3.1 pH

pH 可以反映生物炭的物質(zhì)組成和離子交換能力，是判斷生物炭能否作為土壤修復(fù)劑的重要參考指標(biāo)之一，其數(shù)值的大小主要取決于原料中所含碳酸鹽、磷酸鹽等無(wú)機(jī)礦物的含量。例如，以豬糞沼渣為原料熱解制得的生物炭pH 在8.5～10.0 之間，呈堿性，而以甘蔗渣為原料制得的低溫?zé)峤馍锾砍仕嵝訹47-48]。對(duì)于相同原料制備的生物炭，炭化溫度是影響生物炭pH 的首要原因。一方面，當(dāng)反應(yīng)溫度較高時(shí)，沼渣中的酸性官能團(tuán)容易分解，有機(jī)酸含量會(huì)因揮發(fā)而迅速降低，制備的生物炭pH 會(huì)升高[49-50]；另一方面，沼渣灰分中含有較多的堿性基團(tuán)。隨著熱解溫度的升高，生物炭的灰分比例逐漸增大，導(dǎo)致生物炭的pH 升高[51]。因此，通常情況下高溫生物炭會(huì)比低溫生物炭更適合作為土壤酸性中和劑。

2.3.2 表面官能團(tuán)

沼渣生物炭表面的官能團(tuán)種類豐富，包括羥基、羧基、羰基、酚羥基、醌基等，這些官能團(tuán)的存在使生物炭具有了優(yōu)良的吸附和離子交換性能[52]。炭化溫度會(huì)深刻影響餐廚垃圾厭氧沼渣炭官能團(tuán)的種類及數(shù)量。熱解溫度較低的沼渣生物炭一般會(huì)保留較多的羥基和脂肪族基團(tuán)，隨著熱解溫度的升高，沼渣炭中的C—H 鍵、O—H 鍵會(huì)被打斷重組，羧基等酸性基團(tuán)減少，芳香族官能團(tuán)的數(shù)量上升。此外，各種活化添加劑也會(huì)影響沼渣生物炭的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。與無(wú)添加劑組相比，加了添加劑的沼渣生物炭主要官能團(tuán)的相對(duì)含量均有所提高，內(nèi)部也出現(xiàn)了更多的芳香族結(jié)構(gòu)[51]。

2.3.3 穩(wěn)定性

沼渣生物炭具有高度的芳香化結(jié)構(gòu)和高反應(yīng)活化能，在自然環(huán)境中很難被微生物所降解，也不會(huì)被普通的酸堿鹽所腐蝕鈍化[53]?，F(xiàn)有研究表明，沼渣生物炭可在極端條件下使用，其物理化學(xué)和熱穩(wěn)定性都得到了驗(yàn)證，可以在自然環(huán)境中長(zhǎng)期存在而不變質(zhì)。沼渣生物炭在制備過(guò)程中能形成穩(wěn)定的不溶性礦物質(zhì)，增強(qiáng)緩釋性能，可以作為緩釋肥料提升土壤養(yǎng)分的吸收效率，促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益[54]。

2.3.4 比表面積

沼渣生物炭之所以能作為一種優(yōu)良的吸附材料，與它巨大的比表面積是分不開(kāi)的。未經(jīng)過(guò)改性的沼渣生物炭的比表面積通常處在4～80m2/g 范圍之內(nèi)，經(jīng)過(guò)活化改性以后，沼渣生物炭的比表面積會(huì)進(jìn)一步提升[55]。例如，楊紫薇[56]利用鐵鹽溶液對(duì)沼渣原料進(jìn)行浸漬預(yù)處理，然后在800℃的炭化溫度下成功制備了鐵浸漬改性沼渣基生物炭。鐵浸漬改性生物炭的比表面積高達(dá)355m2/g，相較未浸漬生物炭提高了約2.5倍。Ma等[38]利用10%的鹽酸溶液酸浸改變生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)，改性后沼渣熱解炭的比表面積增加到了118m2/g，是未改性生物炭的3倍。此外，溫度對(duì)生物炭的比表面積也有顯著影響。在較低的反應(yīng)溫度條件下，沼渣生物炭的內(nèi)部孔隙會(huì)被有機(jī)生物質(zhì)熱分解釋放的物質(zhì)所占據(jù)，比表面積偏小。而當(dāng)熱解溫度逐漸升高以后，沼渣炭表面的芳香碳結(jié)構(gòu)逐漸增多，生物炭的孔隙密度增加，比表面積隨之增大。但是當(dāng)熱解溫度超過(guò)700℃后，沼渣生物炭的比表面積會(huì)略有縮小，這可能是因?yàn)楦邷貙?dǎo)致生物炭的低熔點(diǎn)組分發(fā)生熔融現(xiàn)象，破壞了整體孔隙結(jié)構(gòu)[57]。

2.3.5 孔分布

除了比表面積和表面官能團(tuán)外，孔分布也是有效利用生物炭作為催化劑和吸收劑的關(guān)鍵特性之一。Xia 等[58]將豬糞沼渣與2.5mol/L 的ZnCl2溶液以1g∶5mL 的比例均勻混合，然后在管式爐中加熱至600℃維持2h制備了介孔活性生物炭。所得的生物炭表現(xiàn)出了良好的孔隙分布，孔徑主要分布在4～40nm 之間。馬雅怡等[59]利用制藥廠排放的萬(wàn)古霉素菌渣為原料制備了抗生素菌渣生物炭。該熱解炭的總孔容為0.0063cm3/g，平均孔徑為20.69nm，屬于中孔，適合用于去除水中的重金屬離子和有機(jī)污染物。

2.3.6 陽(yáng)離子交換量

陽(yáng)離子交換容量（CEC）是評(píng)價(jià)沼渣生物炭品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，其數(shù)值的大小受沼渣原料種類和反應(yīng)制備條件的影響。沼渣生物質(zhì)在炭化過(guò)程中，常會(huì)因?yàn)樘炕怀浞侄陬w粒表面留下大量羥基、羧基等含氧官能團(tuán)，這些帶負(fù)電荷的官能基團(tuán)會(huì)釋放一部分H+到環(huán)境中，與周圍帶正電荷的金屬離子發(fā)生離子交換，產(chǎn)生靜電吸附。該種吸附作用強(qiáng)度較弱，在物理學(xué)上被歸為非專性吸附。陳紅霞等[60]證明生物炭表面含氧官能團(tuán)豐富多樣，具有良好的陽(yáng)離子吸附性能，在土壤中施用生物炭后土壤中陽(yáng)離子交換容量顯著增加。

2.3.7 親疏水性

沼渣生物炭的親疏水性會(huì)受反應(yīng)溫度的影響。以熱解沼渣生物炭為例，焦宇欣等[61]研究發(fā)現(xiàn)500℃制備的沼渣熱解炭表面含氧官能團(tuán)多為羥基、羰基、醚鍵等親水性基團(tuán)。但是當(dāng)熱解溫度升高時(shí)，沼渣生物炭的芳香化程度加深，疏水性進(jìn)一步增強(qiáng)。沼渣生物炭應(yīng)用于土壤以后，在土壤微生物的作用下，生物炭顆粒表面會(huì)富集很多的親水性基團(tuán)，增強(qiáng)了沼渣生物炭的親水性[62]。

3 沼渣生物炭的資源化利用

優(yōu)良的理化性質(zhì)使得沼渣生物炭具有良好的資源化利用潛力?，F(xiàn)階段關(guān)于沼渣生物炭較為成熟的資源化利用途徑可分為四類，包括作為水處理吸附劑、有機(jī)污染物降解的催化劑、土壤修復(fù)劑以及用于促進(jìn)沼氣生產(chǎn)，如圖1所示。

圖1 沼渣生物炭的資源化利用途徑

3.1 作為水處理吸附劑

發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和致密的表面電荷使沼渣生物炭具有較強(qiáng)的吸附能力，特別是對(duì)金屬陽(yáng)離子展現(xiàn)出良好的吸附效果。沼渣生物炭的吸附主要發(fā)生在顆粒物表面，即通過(guò)化學(xué)鍵或靜電吸引與污染物質(zhì)結(jié)合的吸附過(guò)程。鄭楊清等[63]以豬糞和秸稈共厭氧消化后殘留的沼渣來(lái)制備生物炭，并用H2SO4、NaOH、H3PO4、KOH、ZnCl2這五種活化劑改性生物炭。結(jié)果顯示，改性生物炭對(duì)沼液中的NH4+-N 有一定的吸附效果，其中用KOH 活化的沼渣炭表面的羥基、酮及羧基等官能團(tuán)數(shù)量最多，對(duì)氨氮的吸附容量可達(dá)80mg/g。類似地，Wang 等[64]利用豬糞和雞糞沼渣制備生物炭，并通過(guò)生物炭的吸附作用來(lái)去除廢水中的NH4+-N和COD。結(jié)果表明，在400～600℃時(shí)，沼渣生物炭的吸附性能隨熱解溫度的升高而升高。在經(jīng)過(guò)FeCl3改性以后，鐵元素被固定在生物炭表面，在動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程中通過(guò)靜電吸附與污染物相互作用產(chǎn)生了更豐富的結(jié)合位點(diǎn)，吸附能力進(jìn)一步提升，對(duì)氨氮的最大吸附量達(dá)到了55.29mg/g。

除吸附水中氨氮外，沼渣生物炭對(duì)染料廢水也表現(xiàn)出良好的吸附和脫色效果。例如，高婷[65]將鹽酸改性后的沼渣炭應(yīng)用于水體中甲基橙、羅丹明和亞甲基藍(lán)的吸附去除，結(jié)果沼渣炭對(duì)三種主要染料廢水成分的最佳吸附量分別達(dá)到了14.58mg/g、29.44mg/g和49.56mg/g。Sun等[44]將廚余垃圾厭氧消化沼渣與草木屑混合，通過(guò)熱解法制備了沼渣炭。該種沼渣炭對(duì)廢水中的亞甲基藍(lán)表現(xiàn)出良好的吸附效果，去除率高達(dá)99.5%。黃思勉等[66]探究了以餐廚垃圾為原料的沼渣炭對(duì)活性艷紅X-3B的脫除效果，60min 對(duì)活性艷紅X-3B 的吸附量就高達(dá)734.06mg/g。

重金屬?gòu)U水是一類對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康危害極大的工業(yè)廢水。重金屬離子在水環(huán)境中難以降解，傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法和離子交換法成本較高且運(yùn)行較復(fù)雜。相比之下，生物炭吸附法在處理重金屬?gòu)U水方面具有較明顯的成本優(yōu)勢(shì)。Pan 等[67]通過(guò)直接熱解和聲化學(xué)法制備了磁性沼渣基生物炭（mBR-C），一系列吸附實(shí)驗(yàn)表明，mBR-C 可以快速捕獲污染體系中的Cu2+（最大吸附量75.76mg/g）和Pb2+（最大吸附量181.82mg/g）。同時(shí)，該吸附劑還具有優(yōu)良的吸附再生性，經(jīng)過(guò)數(shù)次吸附-脫附循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，其吸附效率仍能維持在85%以上。對(duì)新鮮沼渣生物炭進(jìn)行改性，可進(jìn)一步增強(qiáng)其對(duì)重金屬的吸附能力。例如，Xia 等[68]研究了使用不同化學(xué)活化劑改良后的沼渣生物炭對(duì)于廢水中As(Ⅲ)的吸附性能，結(jié)果表明原始沼渣生物炭沒(méi)有表現(xiàn)出明顯As(Ⅲ)吸附效果，而經(jīng)過(guò)ZnCl2改性的沼渣生物炭的孔隙密度增加，比表面積顯著提升（516.67cm2/g）。該改性沼渣生物炭吸附As(Ⅲ)的速率很快，不到90min就能達(dá)到吸附平衡，最大吸附容量為27.67mg/g（pH=7），并且整個(gè)吸附過(guò)程遵循Freundlich等溫線模型。

3.2 用于催化降解有機(jī)污染物

除作為吸附劑外，生物炭還可以與高級(jí)氧化工藝相結(jié)合，通過(guò)產(chǎn)生自由基（·OH、·O2-、SO4-·等）與非自由基（高價(jià)態(tài)金屬-過(guò)氧化物、1O2等）來(lái)快速催化降解目標(biāo)有機(jī)污染物。例如，Li等[69]使用餐廚垃圾厭氧消化后的廢棄沼渣合成了石墨化的磁性生物炭材料（FBC）。該種生物炭材料在經(jīng)過(guò)過(guò)硫酸銨（APS）處理以后，在苯并[a]芘（BaP）的催化降解實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。將FBC-APS催化劑應(yīng)用于受BaP 污染的土壤中，72h 后BaP 的總體降解率達(dá)到了91.7%。整個(gè)降解過(guò)程的作用機(jī)理可以借助自由基淬滅實(shí)驗(yàn)、電子順磁共振波譜法和電化學(xué)分析等手段來(lái)揭示，主要包括了自由基和非自由基兩大途徑。在反應(yīng)體系中，沼渣炭充當(dāng)了催化劑的角色，其表面存在的氧化還原位點(diǎn)幫助APS 釋放出多種類型的活性氧物質(zhì)（ROS），如自由基SO4-·、·O2-和非自由基1O2，參與BaP的降解，且以1O2為主導(dǎo)。另外在降解體系中還會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，在一定程度上也會(huì)加速BaP的降解。Ma等[70]以沼渣為原料，開(kāi)發(fā)了可有效活化過(guò)硫酸鹽的Fe/N共摻雜碳納米復(fù)合材料，該材料可用于去除石油烴類污染物。在過(guò)硫酸鹽劑量為2%、催化劑用量為0.4%的情況下，總石油烴（TPH）的去除率在3d內(nèi)達(dá)到了73.14%。在整個(gè)降解實(shí)驗(yàn)中，過(guò)氧化氫酶保持著較高的活性，促進(jìn)了反應(yīng)體系中TPH 降解細(xì)菌的生成。自由基猝滅實(shí)驗(yàn)和電子順磁共振結(jié)果表明，SO4-·，·OH，·O2-和1O2等ROS參與了TPH的去除。

而在Fenton 氧化體系中，沼渣生物炭亦展現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果，可用于去除殘留的有機(jī)污染物。莊海峰等[71]以沼渣和含鐵污泥為原料制得了沼渣生物炭基催化劑。該催化劑可以在Fenton 反應(yīng)體系中促進(jìn)H2O2釋放更多· OH，提高農(nóng)業(yè)廢水中吡蟲(chóng)啉的降解效率。向反應(yīng)體系中投加0.5g/L 的H2O2以及1g/L 的催化劑時(shí)，吡蟲(chóng)啉去除率最高，可達(dá)99%左右。Sun 等[72]分別將在三種不同熱解溫度（300℃、550℃和800℃）下制備的熱解生物炭經(jīng)H2O2活化后用于催化降解苯乙烯。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同熱解溫度下生產(chǎn)的沼渣熱解炭，其對(duì)于苯乙烯的催化降解機(jī)理是不同的。在BC300/H2O2和BC550/H2O2體系中，·OH是起主要降解貢獻(xiàn)的ROS，而對(duì)于BC800/H2O2體系來(lái)說(shuō)，非自由基1O2才是起主要作用的ROS。

臭氧氧化工藝常用于有機(jī)物污染物的降解，但臭氧的分解及利用效率較低，生物炭催化劑的使用可有效提高臭氧的氧化分解效能。Luo 等[73]使用豬場(chǎng)沼渣生物炭（BioC）負(fù)載上MnO2制備了新型催化劑MnO2/BioC。在臭氧氧化體系下，當(dāng)MnO2/BioC的添加量為1g/L、pH 為9.0、系統(tǒng)中注入0.45g/L的臭氧時(shí)，對(duì)于豬場(chǎng)生物處理廢水的色度、難降解有機(jī)物、CODcr去除效率可達(dá)91.29%、81.64%和61.07%。

3.3 應(yīng)用于土壤修復(fù)

沼渣生物炭富含有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。生物炭獨(dú)特的孔隙構(gòu)造使其對(duì)于土壤中有機(jī)小分子和水溶性營(yíng)養(yǎng)離子具有很好的吸附和儲(chǔ)存能力，并能夠通過(guò)持續(xù)緩慢釋放來(lái)維持土壤的肥力，提高養(yǎng)分的利用效率[74]。Bruno 等[75]發(fā)現(xiàn)施用沼渣生物炭后，土壤中有機(jī)質(zhì)的分子量和芳香烴數(shù)量增加，蛋白質(zhì)、碳水化合物和單寧物質(zhì)減少，有機(jī)質(zhì)分解速度變慢，有利于土壤腐殖質(zhì)的生成和積累。趙光昕[76]則認(rèn)為生物炭可以通過(guò)調(diào)節(jié)硝化、反硝化過(guò)程來(lái)影響土壤中氮元素的循環(huán)，提高氮的綜合利用效率。此外，生物炭還能夠影響土壤微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，調(diào)控微生物的生成代謝，改善土壤微生物菌群的活性及結(jié)構(gòu)，從而提高土壤肥力。Zheng 等[77]利用沼渣和沼渣衍生的生物炭對(duì)砂壤土進(jìn)行了微宇宙實(shí)驗(yàn)，并探索了細(xì)菌菌落的變化。結(jié)果生物炭組的細(xì)菌菌落的豐富度和多樣性要明顯多于沼渣組。最后，沼渣生物炭也可以與其他有機(jī)化肥搭配使用，作物增產(chǎn)效果更佳。

除提高土壤肥效外，生物炭還可作為環(huán)境友好型修復(fù)劑，提高土壤的pH、電導(dǎo)率、保水性等理化性質(zhì)[78]。例如，王麗淵等[79]研究表明，沼渣生物炭灰分中富含有機(jī)陰離子以及可交換堿性陽(yáng)離子（K、Ca、Mg 等），貧瘠酸性土壤在施用了生物炭以后，pH 有了顯著性的提升，板結(jié)化問(wèn)題得到了有效的抑制，土壤的通氣量有了明顯的改善。生物炭表面的芳環(huán)結(jié)構(gòu)和羥基、羰基、醌基等官能基團(tuán)則可以增加土壤的陽(yáng)離子交換量（CEC）值，強(qiáng)化土壤的離子交換性能，促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[80]。同時(shí)，生物炭良好的孔隙結(jié)構(gòu)以及表面的親水基團(tuán)能夠增加植物根際的保水能力，減少土壤的水分流失。此外，經(jīng)沼渣生物炭處理的土壤有機(jī)碳結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，能更好地抵抗礦化，提高土壤的固碳能力[81]。對(duì)于土壤中殘留的一些有機(jī)污染物，生物炭也展現(xiàn)出了不俗的脫除效果。例如，李明旭[82]利用FeCl3改性后的海帶殘?jiān)锾抗梯d降解菌去除了土壤中60.77%的苯并[a]芘。

由于農(nóng)藥和化肥的過(guò)度使用以及工業(yè)廢水廢渣的隨意排放，我國(guó)多個(gè)地區(qū)的土壤環(huán)境正在遭受重金屬污染的侵襲，而且受污染面積還在進(jìn)一步擴(kuò)大[83]。目前，重金屬污染土壤的修復(fù)工作主要是圍繞添加重金屬鈍化劑來(lái)展開(kāi)的。鈍化技術(shù)可以將劇毒、游離態(tài)的重金屬離子轉(zhuǎn)化為毒性較低或流動(dòng)性較弱的重金屬分布形式，削弱重金屬的遷移能力和生物富集能力，從而減少對(duì)人類生命健康的威脅[84]?，F(xiàn)有資料表明，生物炭是一種理想的鈍化劑材料，可通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)、離子交換、共沉淀等多種反應(yīng)機(jī)制修復(fù)重金屬污染的土壤。容賢健等[85]探索了禽畜糞便沼渣及其生物炭對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果。重金屬在土壤的分布狀態(tài)可分為不穩(wěn)定的弱酸可溶態(tài)（包括可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)）、可還原態(tài)（鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）、可氧化態(tài)（包括有機(jī)物結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)）和穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)。實(shí)驗(yàn)90d后，施加沼渣生物炭（BC）組比施加畜禽沼渣肥（MF）組的重金屬鈍化效果要好。具體來(lái)說(shuō)，BC組土壤中的Pb 殘?jiān)鼞B(tài)含量較初始狀態(tài)升高32.66%，而MF組土壤中的Pb殘?jiān)鼞B(tài)含量反而降低了6.07%～22.27%；BC組中Cu的殘?jiān)鼞B(tài)含量相較實(shí)驗(yàn)前提高了53.86%，而MF 組基本維持不變；Zn 和Ni 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與之類似。這是因?yàn)樯锾吭谥苽溥^(guò)程中生成了較多數(shù)量的含氧官能團(tuán)，使生物炭具有了更好的絡(luò)合重金屬離子的能力[86]。Harvey 等[87]發(fā)現(xiàn)生物炭可以通過(guò)增加陽(yáng)離子位點(diǎn)的方式，促進(jìn)Cd(Ⅱ)與Ca(Ⅱ)和Mg(Ⅱ)發(fā)生離子交換，降低Cd 的有效性。此外，沼渣生物炭中含有的磷酸根也可以與土壤中的重金屬發(fā)生沉淀作用形成沉淀物，以此來(lái)減少重金屬在土壤中的遷移率。Ahamad 等[88]利用負(fù)載磷的生物炭修復(fù)了受重金屬污染的礦區(qū)土壤，土壤溶液中的Cu2＋、Fe3+等金屬離子以磷酸鹽的形式大量沉淀，重金屬在土壤中的流動(dòng)性明顯降低。

3.4 促進(jìn)沼氣生產(chǎn)

制備沼渣生物炭是解決厭氧消化殘?jiān){難題的有效途徑。進(jìn)一步研究表明，沼渣生物炭的加入對(duì)有機(jī)物厭氧消化反應(yīng)還會(huì)起到加快進(jìn)程的作用。例如，靳紅梅等[43]研究了沼渣水熱炭添加后對(duì)豬糞中高溫厭氧消化系統(tǒng)的促進(jìn)效果，在總固體（TS）含量為4%的豬糞中加入了沼渣水熱炭，可使厭氧消化系統(tǒng)平均產(chǎn)氣量提高29.81%，達(dá)到313.07mL/gVS（VS 為揮發(fā)性固體），甲烷產(chǎn)量提高了26.12%，達(dá)到191.35mL/gVS。這主要是由于沼渣熱解炭表面的孔隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá)，存在許多比表面積大的微米球體，可以有效減少豬糞厭氧消化過(guò)程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生。同時(shí)沼渣生物炭還可以加速微生物之間的電子傳遞，提高甲烷的生成速率。Liu 等[89]向污水污泥和食物垃圾混合的厭氧共消化體系中添加沼渣生物炭，反應(yīng)體系中厭氧消化酶的活性明顯提升，縮短了滯后階段時(shí)間，加速了甲烷化的進(jìn)程。另外，沼渣生物炭表面的堿性基團(tuán)中和了脂肪酸，進(jìn)而減輕酸化，減少了厭氧消化副產(chǎn)物的數(shù)量。李婧等[90]則驗(yàn)證了氯化鐵改性沼渣生物炭增強(qiáng)餐廚垃圾厭氧消化的能力。結(jié)果表明，與沼渣生物炭相比，氯化鐵改性后的沼渣生物炭具有更大的比表面積和更豐富的官能團(tuán)，并且由于揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的加速轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)組的累積產(chǎn)甲烷量較對(duì)照組提高了22.50%。

氨抑制是導(dǎo)致有機(jī)廢物厭氧消化過(guò)程不穩(wěn)定的常見(jiàn)因素之一。董婧等[91]探究了沼渣生物炭緩解餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)氨抑制的可行性。結(jié)果表明，當(dāng)NH4+-N 濃度≥4500mg/L 時(shí)，反應(yīng)出現(xiàn)明顯的受抑制現(xiàn)象，且濃度越大抑制程度越強(qiáng)。添加生物炭組反應(yīng)器的甲烷產(chǎn)率顯著高于未添加組（p＜0.05），說(shuō)明生物炭可有效緩解厭氧消化系統(tǒng)氨抑制。當(dāng)沼渣生物炭制備溫度為565℃、粒徑為60目、添加量為15.52g/L時(shí)，甲烷得產(chǎn)率最高，為351.95mL/gVS。通過(guò)微生物種群的豐富度分析可知，沼渣生物炭的添加促進(jìn)了厭氧優(yōu)勢(shì)菌群的集群效應(yīng)。高健等[92]同樣探究了沼渣生物炭添加對(duì)厭氧消化體系中微生物菌群的影響。將沼渣生物炭（400℃）按5%的投加比例加入到小麥秸稈厭氧消化過(guò)程中，有助于提高甲烷的產(chǎn)量和VS 去除率。微生物群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，投加生物炭提高了反應(yīng)體系中優(yōu)勢(shì)微生物的占比[細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)菌種Clostridium sensu stricto1（18.5%）和古菌群落的優(yōu)勢(shì)菌種Methanosaeta（69.2%）]。

3.5 其他應(yīng)用

沼渣生物炭的資源化利用途徑并不拘泥于此。近年來(lái)，研究人員又在積極探索新的研究方向。王玉等[93]將濕垃圾沼渣與粉煤灰混合制備了熱解生物炭。緊接著將此熱解炭和污泥生物炭按比例混合，經(jīng)過(guò)高溫煅燒后得到了高品質(zhì)的建筑陶粒。據(jù)估算，每噸建筑陶粒能產(chǎn)生2500 元左右的收入，經(jīng)濟(jì)效益很高。岳正波等[94]則以沼渣為原材料，通過(guò)高溫炭化、化學(xué)活化、酸浸、水洗、烘干等一系列步驟，制備了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙發(fā)達(dá)的活性生物炭。該活性生物炭具有較高的比電容和良好的穩(wěn)定性，可作為超級(jí)電容器的電極制備材料。

3.6 資源化應(yīng)用的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

沼渣生物炭在諸多領(lǐng)域都展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果，但目前對(duì)于生物炭的大規(guī)模推廣仍存在爭(zhēng)議，尤其是生物炭可能會(huì)引發(fā)一些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。例如，沼渣生物炭在水熱制備過(guò)程中會(huì)釋放多環(huán)芳烴、揮發(fā)性有機(jī)物等物質(zhì)，可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；對(duì)于水熱廢液等副產(chǎn)物的處置也缺乏明確的排放標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)；生物炭在改性過(guò)程中會(huì)用到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、金屬鹽溶液等活化試劑，這些活化處理后的廢水廢渣若不及時(shí)處理也有可能會(huì)引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題；在土壤修復(fù)過(guò)程中，雖然沼渣生物炭對(duì)于多種重金屬都有很好的鈍化效果，但仍會(huì)有部分重金屬及其他有害物質(zhì)如抗生素可能會(huì)殘留在土壤中，被植物根部吸收并通過(guò)生物鏈影響人類健康[95]；沼渣生物炭在土壤中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性存在疑問(wèn)，且過(guò)量的鹽分可能會(huì)導(dǎo)致土壤鹽漬化等問(wèn)題[96]。未來(lái)如果我們能夠妥善處理好這些潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，那對(duì)于沼渣生物炭技術(shù)乃至廢棄生物質(zhì)熱處理回收技術(shù)的推廣和發(fā)展都大有裨益。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

生物質(zhì)能在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占比重越來(lái)越大。盡管厭氧消化在回收利用生物質(zhì)能中展現(xiàn)出了明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但由該工藝產(chǎn)生的廢棄沼渣的處理難題仍然不可忽視。相比于其他的沼渣處理技術(shù)，生物質(zhì)炭化工藝在實(shí)現(xiàn)沼渣的“減量化”“無(wú)害化”目標(biāo)以外，還能產(chǎn)生高附加值的生物炭材料，符合“以廢治廢、變廢為寶”的可持續(xù)發(fā)展理念，值得大力推廣。

目前，沼渣生物炭作為吸附劑、土壤改良劑用于水處理和土壤修復(fù)的可行性得到了證實(shí)。不過(guò)，沼渣生物炭在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中仍然存在一些問(wèn)題，距離大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用還有較大距離。為了解決這些問(wèn)題，未來(lái)還需要進(jìn)一步優(yōu)化和開(kāi)發(fā)。

（1）以厭氧消化廢棄沼渣為研究重點(diǎn)，開(kāi)展綜合性研究實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)生物炭化技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化。

（2）進(jìn)一步驗(yàn)證沼渣生物炭作為水處理吸附劑的可靠性和穩(wěn)定性，鼓勵(lì)以污染物體系更為復(fù)雜的實(shí)際工業(yè)廢水作為實(shí)驗(yàn)樣本，同時(shí)嘗試?yán)蒙锾繉?duì)其他污染物做吸附實(shí)驗(yàn)，拓寬沼渣炭吸附劑的適用范圍，提高沼渣生物炭的利用價(jià)值。

（3）鑒于原材料和降解污染物理化性質(zhì)的差異性，沼渣生物炭在高級(jí)氧化體系中存在諸多不確定性。未來(lái)可探究沼渣生物炭對(duì)于新興污染物的催化降解效果，增大催化劑的適用范圍，也可以監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中催化活性位點(diǎn)的變化情況，并在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)催化反應(yīng)速率和反應(yīng)體系，對(duì)催化機(jī)理進(jìn)行更深入的剖析。

（4）由于沼渣的原料來(lái)源不一，部分沼渣存在鹽分、抗生素和重金屬污染物超標(biāo)的問(wèn)題，導(dǎo)致沼渣生物炭在土壤修復(fù)應(yīng)用過(guò)程中存在不小的質(zhì)疑聲。因此，今后應(yīng)更加注重沼渣生物炭的毒理性研究，評(píng)估生物炭在土壤環(huán)境中應(yīng)用的安全性風(fēng)險(xiǎn)。

（5）目前的研究?jī)H關(guān)注實(shí)驗(yàn)室條件下沼渣生物炭對(duì)沼氣生產(chǎn)速率的促進(jìn)作用，針對(duì)實(shí)際大規(guī)模沼氣工程中的應(yīng)用潛力尚未得到有效的驗(yàn)證。因此，今后應(yīng)嘗試擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)規(guī)模，將沼渣生物炭回用與實(shí)際沼氣工程結(jié)合起來(lái)，分析沼渣生物炭在沼氣產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用前景。

（6）現(xiàn)階段沼渣生物炭在其他領(lǐng)域資源化利用的文獻(xiàn)報(bào)道還不是很多，特別是嘗試?yán)谜釉锾咳ブ苽潆姌O材料，這一領(lǐng)域存在很大的發(fā)展?jié)摿?，有待進(jìn)一步深入研究。

（7）密切關(guān)注沼渣生物炭資源化應(yīng)用中可能引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題，努力優(yōu)化生物炭的制備工藝，解決生物炭制備及改性過(guò)程中廢棄物的處置問(wèn)題。