Charakterystyka fizyczna, chemiczna i biologiczna sześciu biowęgla produkowanego do remediacji skażonych terenów

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest scharakteryzowanie fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości sześciu biowęglarzy, które mają być stosowane jako poprawki do gleby do remediacji zanieczyszczonych miejsc pod względem podstawowych właściwości użytkowych biowęgla, procentowej wilgotności i materii organicznej. Określana jest analiza bliższa i ostateczna, pH i rozkład wielkości cząstek. Analiza raportowania zatruć obejmuje badania kiełkowania nasion i unikania dżdżownic, a także badania zanieczyszczeń wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi, polichlorowanymi, biokoprami włoskimi i metalami, w tym rtęcią w biowęglu, zaawansowaną analizą i właściwościami ulepszania gleby.

Biowęgiel jest testowany pod kątem składników odżywczych, w tym amoniaku, azotanów, azotynów i fosforu, a także ich zdolności do wchłaniania lub unieruchamiania zanieczyszczeń poprzez ocenę ich powierzchni właściwej i zdolności wymiany kationów. Wyniki tych metod szczegółowo opisały fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości biowęgla i określiły jego kwalifikację do stosowania jako dodatki do gleby w remediacji skażonych terenów. Główną zaletą stosowania tych metod jest to, że są one takie same, jak te opisane przez Międzynarodową Inicjatywę Biowęgla lub IBI i ich ustandaryzowany protokół, a my wykazaliśmy, że są one dokładne i skuteczne w analizie wielu biowęgla.

Wiele z tych metod będzie znanych naukowcom specjalizującym się w badaniach gleby, pod warunkiem, że przestrzegane będą właściwe środki zapewnienia jakości i kontroli jakości. Metody te są niezawodne i łatwe do zastosowania zarówno w przypadku biowęgla, jak i jego surowców. W naszej poprzedniej pracy podkreśliliśmy znaczenie starannej charakterystyki biowęgla przed wdrożeniem w skali terenowej.

Kiedy dowiedzieliśmy się, że IBI opracowuje ustandaryzowany protokół, już rozpoczęliśmy ten projekt, więc byliśmy w stanie uwzględnić wiele aspektów protokołów IBI w naszej pracy. Moja doktorantka, Mackenzie Deez, i moja magistrantka Michelle Parisian oraz certyfikowany technik laboratoryjny zademonstrują te procedury przed rozpoczęciem tej procedury. Przed użyciem skalibruj sondę pH za pomocą wzorców kalibracyjnych.

Następnie dodaj 25 gramów biowęgla do 25 mililitrów destylowanej wody dejonizowanej w probówce wirówkowej. Wstrząsaj roztworem ręcznie przez dwie minuty, a następnie odwiruj roztwór na 3000 g przez pięć minut. Po zakończeniu zbierz supinat do szklanej probówki i zmierz pH pod kątem rozkładu wielkości cząstek poprzez stopniowe suche suszenie.

Zapisz wagę siedmiu standardowych amerykańskich sit podążających za tym miejscem, 60 gramów biowęgla na sicie o średnicy 4,7 milimetra. Następnie umieść pokrywkę na górze i zabezpiecz stos sit na shakerze. Po potrząsaniu próbką przez 10 minut należy zanotować masę każdego sita.

Zgłaszaj dane w pliku Excel jako procent pozostały w każdym sicie. W przypadku testów kiełkowania upewnij się, że odpowiednie ilości każdego zabiegu to trzy gramy biowęgla, 10 gramów ziemi doniczkowej i jeden kawałek bibuły filtracyjnej. Następnie umieść zabiegi na odpowiednich szalkach Petriego.

Następnie umieść pięć pestek dyni i 50 nasion lucerny na szalkach Petriego. Do każdego zabiegu przy użyciu cylindra z podziałką dodaj 15 mililitrów wody do wszystkich szalek Petriego i przykryj je odpowiednimi pokrywkami. Umieść szalki Petriego do kiełkowania w 14-godzinnym okresie fluorescencyjnym zdjęć.

Utrzymywanie temperatury na poziomie 27 plus minus sześć stopni Celsjusza, aby symulować letni cykl dnia i nocy. Po siedmiu dniach zapisz liczbę wykiełkowanych nasion i podaj wyniki w procentach wykiełkowanych na szalkę Petriego. Zmierz długość korzeni kiełkujących nasion za pomocą linijki.

Następnie podaj długości pierwiastków jako sumę każdej szalki Petriego. Wymieszaj biowęgiel za pomocą łopaty i wiadra z ziemią doniczkową w ilości 2,8% wagowo. Następnie wypełnij każdą z przegródek.

Posiadaj koło do unikania dżdżownic ze 120 gramami ziemi doniczkowej jako kontrolę lub mieszankę biowęgla z ziemią doniczkową, przy czym co druga komora służy jako niezmieniona kontrola. W tym momencie usuń isea petito ze zdrowej mieszanki gleby z mchu torfowego o wilgotności 30%, wybierając robaki o wielkości od 0,3 do 0,6 grama. Dodaj 10 robaków do okrągłej środkowej komory i przykryj koło unikające folią aluminiową.

Po 48 godzinach usuń robaki i zapisz ich lokalizację w kole unikania, aby określić stężenie polichlorowanego biokopru włoskiego lub PCB. Suszyć 10 gramowe próbki gleby przez noc w temperaturze 25 stopni Celsjusza przez 18 do 24 godzin. Po zakończeniu zmielić próbki na drobny proszek z 10 gramami siarczanu sodu i 10 gramami piasku ottawa.

Następnie dwa gramy próbki do naparstka soli i dodać 100 mikrolitrów deco chloro dwuletniego jako wewnętrzny wzorzec zastępczy. Ekstrahować próbki w aparacie tlenkowym przez cztery godziny przy czterech do sześciu cyklach na godzinę w 250 mililitrach di chlorometanu po ekstrakcji. Przenieść każdy ekstrakt próbki do probówki i skoncentrować do jednego mililitra za pomocą próżni, używając chromatografu gazowego wyposażonego w detektor wychwytu elektronów, kolumnę kapilarną ze stopioną krzemionką i odpowiednie oprogramowanie, przeanalizowane ekstrakty biowęgla dla całkowitej klauzuli a podającej wartości w mikrogramach na gram suchej masy.

Wyniki tej tabeli przedstawiają właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne wymagane do pełnego scharakteryzowania biowęgla i jego surowców. Protokoły przedstawione w tym manuskrypcie i wymagane do uzyskania tych wyników są zgodne z tymi opisanymi w standardowym protokole IBI. Badania biologiczne biowęgla są ważne dla oceny jego toksyczności.

Narażenie na zanieczyszczenia może hamować zdolność dżdżownic do wykonywania podstawowych funkcji gleby, takich jak rozkład, mineralizacja składników odżywczych i poprawa struktury gleby. Testy wykazały znaczące różnice między biowęglami. Nowy biowęgiel nie wykazał szkodliwego wpływu na dżdżownicę isia feta, co oceniono na podstawie unikania dżdżownic.

Jednak robaki znacznie unikały starego biowęgla, nasiona dyni i lucerny kiełkowały dobrze z odpowiednio 67% i 81% kiełkowaniem. Korzenie również dobrze się rozmnażały, a średnia długość po siedmiu dniach wynosiła odpowiednio 14 centymetrów i 55 centymetrów w przypadku nasion dyni i lucerny. Stary biowęgiel wykazywał toksyczność dla roślin, a wszystkie inne oceniane biowęgle nie wykazały szkodliwego wpływu na kiełkowanie nasion mierzone procentem, kiełkowaniem i długością korzeni po siedmiu dniach.

Wszystkie metody są wymagane do skutecznego scharakteryzowania biowęgla przed zastosowaniem go na skalę polową. Jednak wiele z tych metod można wykonać w tym samym czasie, co minimalizuje ilość czasu potrzebnego na scharakteryzowanie biowęgla. Podczas stosowania którejkolwiek z tych metod konieczne jest upewnienie się, że biowęgiel jest odpowiednio homogenizowany i że pobierana jest reprezentatywna próbka.

Istnieje wiele aspektów zapewnienia i kontroli jakości, które są integralną częścią każdej metody i mają kluczowe znaczenie dla uzyskania wiarygodnych danych. Po dokładnej charakterystyce biowęgla można rozpocząć stosowanie biowęgla na skalę polową. Celem tych badań może być zminimalizowanie biodostępności zanieczyszczeń poprzez absorpcję, poprawa plonów poprzez zwiększenie zdolności wymiany kotów w dodatkach składników odżywczych lub ocena potencjału sekwestracji węgla przez biowęgiel poprzez określenie jego stabilności i gleb w czasie.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć metody chemiczne, fizyczne i biologiczne wymagane do pełnego scharakteryzowania biowęgla. Biowęgiel może być następnie wykorzystany jako dodatek do gleby do początkowej remediacji zanieczyszczonych terenów.