Physikalische, chemische und biologische Charakterisierung von Six Biokohlen Produziert für die Sanierung von Altlasten

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von sechs Pflanzenkohle zu charakterisieren, die als Bodenverbesserungsmittel für die Sanierung kontaminierter Standorte in Bezug auf die grundlegenden Nutzeigenschaften der Pflanzenkohle, den Prozentsatz der Feuchtigkeit und der organischen Substanz verwendet werden sollen. Die Proximat- und Ultimate-Analyse, der pH-Wert und die Partikelgrößenverteilung werden bestimmt. Die Analyse der Giftstoffberichterstattung umfasst Tests auf Samenkeimung und Regenwurmvermeidung sowie Schadstofftests auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Polychlor, Biofenchel und Metalle, einschließlich Quecksilber in Pflanzenkohle, erweiterte Analysen und Bodenverbesserungseigenschaften.

Die Biokohle wird auf Nährstoffe wie Ammoniak, Nitrat, Nitrit und Phosphor sowie auf ihre Fähigkeit, Verunreinigungen zu absorbieren oder zu immobilisieren, getestet, indem ihre spezifische Oberfläche und Kationenaustauschkapazität bewertet wird. Die Ergebnisse dieser Methoden beschreiben die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Pflanzenkohle und bestimmen, ob sie als Bodenverbesserungsmittel für die Sanierung von Altlasten verwendet werden können. Der Hauptvorteil dieser Methoden besteht darin, dass sie mit denen der International Biochar Initiative (IBI) und ihrem standardisierten Protokoll identisch sind, und wir haben gezeigt, dass sie bei der Analyse mehrerer Biokohle genau und effektiv sind.

Viele dieser Methoden werden Wissenschaftlern, die sich auf Bodenforschung spezialisiert haben, bekannt sein, vorausgesetzt, dass die richtigen Qualitätssicherungs- und Qualitätskontrollmaßnahmen befolgt werden. Diese Methoden sind zuverlässig und lassen sich sowohl auf Biokohle als auch auf ihre Rohstoffe anwenden. In unseren früheren Arbeiten haben wir die Bedeutung einer sorgfältigen Charakterisierung von Pflanzenkohle vor der Implementierung im Feldmaßstab betont.

Als wir erfuhren, dass das IBI ein standardisiertes Protokoll entwickelte, hatten wir dieses Projekt bereits begonnen, und so konnten wir viele Aspekte der IBI-Protokolle in unsere Arbeit einbeziehen. Mein Doktorand Mackenzie Deez und meine Masterstudentin Michelle Parisian sowie ein zertifizierter Labortechniker werden diese Verfahren demonstrieren, bevor sie mit diesem Verfahren beginnen. Kalibrieren Sie die pH-Sonde vor der Verwendung mit Kalibrierstandards.

Anschließend wird Punkt 25 Gramm Pflanzenkohle zu 25 Millilitern destilliertem Wasser in ein Zentrifugenröhrchen gegeben. Schütteln Sie die Lösung zwei Minuten lang manuell und zentrifugieren Sie dann eine Lösung fünf Minuten lang mit 3000 g. Wenn Sie fertig sind, sammeln Sie das Supinat in einem Glasreagenzglas und messen Sie den pH-Wert für die Partikelgrößenverteilung durch progressives Trockenhalten.

Notieren Sie das Gewicht von sieben US-Normsieben an dieser Stelle, 60 Gramm Pflanzenkohle in dem 4,7-Millimeter-Sieb. Setze dann den Deckel auf die Oberseite und befestige den Siebestapel auf dem Shaker. Nachdem Sie die Probe 10 Minuten lang geschüttelt haben, notieren Sie das Gewicht jedes Siebs.

Melden Sie die Daten in einer Excel-Datei als Prozentsatz, der in jedem Sieb verbleibt. Stellen Sie bei Keimtests sicher, dass die jeweiligen Mengen jeder Behandlung drei Gramm Pflanzenkohle, 10 Gramm Blumenerde und ein Stück Filterpapier betragen. Geben Sie die Behandlungen dann in die jeweiligen Petrischale.

Als nächstes gibst du fünf Kürbiskerne und 50 Luzernekerne in die Petrischale. Für jede Behandlung mit einem Messzylinder werden 15 Milliliter Wasser in alle Petrischalen gegeben und mit den entsprechenden Deckeln abgedeckt. Stellen Sie die Petrischalen für die Keimung unter 14, 10 Stunden fluoreszierende Photoperiode.

Halten Sie die Temperatur bei 27 plus oder minus sechs Grad Celsius, um einen sommerlichen Tag- und Nachtzyklus zu simulieren. Notieren Sie nach sieben Tagen die Anzahl der gekeimten Samen und geben Sie die Ergebnisse als Prozentsatz der gekeimten Samen pro Petrischale an. Miss die Wurzellänge von gekeimten Samen mit einem Lineal.

Geben Sie dann die Wurzellängen als Summe jeder Petrischale an. Mischen Sie Biokohle mit einem Spaten und einem Eimer mit Blumenerde in einer Menge von 2,8 % des Gewichtsanteils. Füllen Sie anschließend jedes der Fächer.

Nehmen Sie ein Regenwurmvermeidungsrad mit 120 Gramm Blumenerde als Kontrolle oder eine Blumenerde-Pflanzenkohle-Mischung, wobei jedes zweite Fach als unveränderte Kontrolle dient. Entfernen Sie zu diesem Zeitpunkt isea petito aus einer gesunden Erdmischung aus Torfmoos, die bei 30 % Feuchtigkeit gehalten wird, und wählen Sie Würmer mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 Gramm. Gib 10 Würmer in das runde Mittelfach und bedecke das Ausweichrad mit Alufolie.

Entfernen Sie nach 48 Stunden die Würmer und notieren Sie ihre Position im Vermeidungsrad, um die Konzentration von polychloriertem Biofenchel oder PCB zu bestimmen. Trocknen Sie 10-Gramm-Bodenproben über Nacht bei 25 Grad Celsius für 18 bis 24 Stunden. Wenn Sie fertig sind, mahlen Sie die Proben mit 10 Gramm Natriumsulfat und 10 Gramm Ottawa-Sand zu einem feinen Pulver.

Als nächstes geben Sie zwei Gramm Probe in einen Soli-Fingerhut und fügen Sie 100 Mikroliter Deko-Chlorbienal als internen Ersatzstandard hinzu. Nach der Extraktion werden die Proben in einem Oxit-Gerät vier Stunden lang mit vier bis sechs Zyklen pro Stunde in 250 Milliliter Dichlormethan extrahiert. Übertragen Sie jeden Probenextrakt in ein Röhrchen und konzentrieren Sie ihn unter Verwendung eines Gaschromatographen, der mit einem Elektroneneinfangdetektor, einer Schmelzquarz-Kapillarsäule und einer geeigneten Software ausgestattet ist, um Biokohleextrakte auf Gesamt-A-Klausel zu übertragen, wobei die Werte als Mikrogramm pro Gramm Trockengewicht angegeben werden.

Die Ergebnisse dieser Tabelle beschreiben die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften, die erforderlich sind, um Pflanzenkohle und ihre Rohstoffe vollständig zu charakterisieren. Die Protokolle, die in diesem Manuskript beschrieben werden und zur Erzielung dieser Ergebnisse erforderlich sind, stimmen mit denen überein, die im standardisierten IBI-Protokoll beschrieben sind. Die biologische Untersuchung von Pflanzenkohle ist wichtig, um ihre Toxizität zu beurteilen.

Die Exposition gegenüber Schadstoffen kann die Fähigkeit des Regenwurms beeinträchtigen, wesentliche Bodenfunktionen wie Zersetzung, Nährstoffmineralisierung und Verbesserung der Bodenstruktur zu erfüllen. Die Tests ergaben signifikante Unterschiede zwischen den Pflanzenkohle. Neue Pflanzenkohle zeigte keine nachteiligen Auswirkungen auf den Regenwurm isia feta, wie durch Regenwurmvermeidung beurteilt.

Würmer mieden jedoch alte Pflanzenkohle erheblich, Kürbis- und Luzernesamen keimten mit 67 % bzw. 81 % Keimung gut. Auch die Wurzeln vermehrten sich gut, wobei die durchschnittliche Länge nach sieben Tagen 14 Zentimeter bzw. 55 Zentimeter für Kürbis- und Luzernesamen betrug. Alte Pflanzenkohle zeigte eine Toxizität für Pflanzen und alle anderen bewerteten Pflanzenkohle zeigten keine nachteiligen Auswirkungen auf die Keimung der Samen, gemessen in Prozent, Keimung und Wurzellänge nach sieben Tagen.

Alle Methoden sind erforderlich, um Pflanzenkohle vor der Anwendung im Feldmaßstab effektiv zu charakterisieren. Viele dieser Methoden können jedoch gleichzeitig durchgeführt werden, was den Zeitaufwand für die Charakterisierung von Pflanzenkohle minimiert. Bei der Durchführung einer dieser Methoden ist unbedingt darauf zu achten, dass die Pflanzenkohle richtig homogenisiert ist und dass eine repräsentative Probe entnommen wird.

Es gibt viele Aspekte der Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle, die für jede Methode unerlässlich und entscheidend für die Erzeugung zuverlässiger Daten sind. Nach einer gründlichen Charakterisierung der Pflanzenkohle kann mit der Anwendung von Pflanzenkohle im Feldmaßstab begonnen werden. Das Ziel dieser Studien kann darin bestehen, die Bioverfügbarkeit von Schadstoffen durch Absorption zu minimieren, die Ernteerträge durch erhöhte Kapazität zum Austausch von Nährstoffzusätzen zu verbessern oder das Kohlenstoffbindungspotenzial von Pflanzenkohle durch Bestimmung ihrer Stabilität und Böden im Laufe der Zeit zu bewerten.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis der chemischen, physikalischen und biologischen Methoden haben, die für eine vollständige Charakterisierung von Pflanzenkohle erforderlich sind. Die Pflanzenkohle kann dann als Bodenverbesserer für die init-Sanierung von Altlasten eingesetzt werden.