他們提出了三種可行的方式。
——某一地區(qū)的所有生物質(zhì)廢料都被送到中央處理廠進行集中處理,目前美國和加拿大的公司普遍采用這種方式;
——每個農(nóng)戶或小型農(nóng)戶聯(lián)合體擁有屬于自己的技術(shù)含量相對較低的高溫分解爐。
一輛裝有高溫分解設(shè)備的合成氣動力車走鄉(xiāng)串戶,將制好的生物炭給農(nóng)戶使用,將生物油收集起來,送到精煉廠將其變成可供車輛使用的液態(tài)生物燃料,這種方法可能更為可行。
管理與可持續(xù)發(fā)展研究所指出,在巴西,甘蔗的頂部一般在田間就地焚燒,而制糖產(chǎn)生的甘蔗渣可以被有效地轉(zhuǎn)化為生物炭。據(jù)估計,巴西每年收獲4億6千萬噸甘蔗,其中約2億3千萬噸可以用來進行高溫分解制造生物炭。
可將碳元素鎖在土壤內(nèi)達數(shù)百年
植物的腐爛自然而然會令土壤中含有大量的碳元素。但是這些碳相對而言是不穩(wěn)定的,受氣候影響很大。一旦遇到像農(nóng)耕這樣的變化,土壤就會釋放出二氧化碳。這使得它們既是碳源、又是碳匯。因此,用土壤來鎖定碳元素的想法對氣候?qū)W家而言沒有絲毫的吸引力。
生物炭與土壤鎖碳的不同之處在于,生物炭可以穩(wěn)定地將碳元素鎖住長達數(shù)百年。其中的碳元素被礦化后很難再分解。更重要的是,除了它所具備的土壤改良功能外,其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一些副產(chǎn)品更是具有很高的經(jīng)濟吸引力。
生產(chǎn)過程中,大約1/3轉(zhuǎn)化為生物炭,1/3轉(zhuǎn)化為可用于燃燒發(fā)電的合成氣,還有1/3則形成原油替代品。這種替代品雖然無法用作運輸燃料,但卻可以用來制造塑料。因此澳大利亞著名的探險家、自然學家提姆·富蘭納瑞認為生物炭的這些特性“使我們能夠同時解決三四個重大危機:氣候變化危機,能源危機,以及食品和水資源危機?!笔褂蒙锾坎粌H能夠使土壤肥沃,還能夠幫助土壤保持水分。
能有效減少空氣中碳含量
據(jù)全球碳計劃統(tǒng)計,2000到2007年,人類排放到大氣中的二氧化碳中每年有54%,約48億噸,被陸地和海洋中的碳匯(例如森林和海洋中的浮游生物等)所吸收。然而每年仍然有大約40億噸的剩余的碳需要我們想辦法去降低或者吸收。此外,由于陸地和海洋的變暖,天然碳匯的吸收量正在下降,這就意味著我們要么付出更大的努力減少空氣中的碳含量,要么停止向空氣中排放碳。
據(jù)《每日科學》網(wǎng)報道,一直以來人們都在尋求固定二氧化碳從而減少其排放的辦法??茖W家表示,幾百年前,亞馬遜印第安人用來提高土壤肥力的生物炭(biochar),在現(xiàn)代世界可以幫助減緩全球氣候變化,大規(guī)模生產(chǎn)生物炭可吸收大量溫室氣體。相關(guān)研究報告發(fā)表在《環(huán)境科學與技術(shù)》周刊上。
進行此項研究的凱莉·羅伯茨和同事指出,生物炭不是一般的木炭,是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環(huán)境下,通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農(nóng)作物廢物碳化。早在幾百年前,亞馬遜印第安人就會將生物炭和有機質(zhì)摻入土中,創(chuàng)造出肥沃的黑土,今天這種木炭被稱為生物炭(biochar),用植物廢料,而非森林里的樹木制成。
這項研究涉及生物炭的“生命周期分析”,它的形成過程對減緩全球變暖所起的作用,以及使用它可能產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明,制造生物炭是一種固定二氧化碳的經(jīng)濟可行的方式,不僅固化了樹木和作物內(nèi)已吸收的二氧化碳,其產(chǎn)物“生物碳”保存在土壤中,幾千年都不會發(fā)生變化,生產(chǎn)可再生能源的同時,還提高了土壤肥力,提高農(nóng)作物產(chǎn)量。生物炭可以被埋入廢棄煤礦,或耕種時埋入土壤中。生物炭填埋還有利于改善土壤排水系統(tǒng),并將80%左右的諸如一氧化氮和甲烷等溫室氣體封存在土壤中,阻止其排放到大氣中。
制作生物炭的現(xiàn)代方法是在低氧環(huán)境下用高溫加熱植物垃圾,使其分解。日前,氣候?qū)<艺业搅烁鍧嵀h(huán)保的方式,進行工業(yè)規(guī)模二氧化碳固定,利用巨型微波熔爐將二氧化碳封存在“生物炭”中,然后進行掩埋。這種特制“微波爐”將成為戰(zhàn)勝全球變暖的最新利器。因此,該技術(shù)每年可以減少向空氣中排放幾十億噸二氧化碳。日前不少人將生物炭技術(shù)視為目前為止解決氣候變暖問題的“尚方寶劍”,一種“氣候變化減緩”戰(zhàn)略和恢復退化土地的方式。有些專家甚至聲稱,生物炭可吸收如此多的二氧化碳,以至地球能恢復到工業(yè)化之前的二氧化碳水平。
生物炭不是一般的木炭,是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環(huán)境下,通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農(nóng)作物廢物碳化。這種由植物形成的,以固定碳元素為目的的木炭被科學家們稱為“生物炭”。它的理論基礎(chǔ)...
經(jīng)充分混合后經(jīng)造球機造球或壓球機壓制而成的一種生物炭原料來源廣泛,稻殼、花生殼、棉殼、鋸末、木屑等皆可用作原料生產(chǎn)棒炭。這些原料中含碳量均較高。
污泥分物化處理污泥 生化處理污泥。 污水物化處理的污泥必需作為危險固廢進行處理。 生化處理產(chǎn)生的污泥也分兩類 化工或者可能有毒有害廢水處理產(chǎn)生的生化污泥一般也不能直接作為有機肥料進行處理。 只有那些確...
康奈爾大學的約翰內(nèi)斯·萊曼是生物炭的堅定支持者,2009年4月份,他出版了新書《用生物炭管理環(huán)境》,他樂觀地估計,生物炭每年最多可以吸收10億噸溫室氣體,超過2007年排放總量85億噸的10%。 生物炭的這種富有潛力、獨一無二、甚至有些神秘的特性使其成為研究氣候變化最熱門的新興領(lǐng)域之一。
用生物炭鎖定碳的理念已經(jīng)贏得像詹姆斯·拉夫洛克這樣重量級科學家的支持。詹姆斯·拉夫洛克是一位特立獨行的科學家。他的蓋亞假說最近又重新開始風靡。”
而康奈爾大學的科學家們正在萊曼的帶領(lǐng)下,研究如何將碳從富含生物炭的土壤中剝離出來;英國愛丁堡大學建立了生物炭研究中心;其他歐洲國家也緊隨其后;加拿大、澳大利亞等國家也紛紛開展了相關(guān)的研究項目。一些公司也踏上旅途,開始尋找使生物炭的生產(chǎn)進入商業(yè)化的渠道。
數(shù)千年來,人們一直把木炭用做燃料,其制造過程很簡單:讓木材、稻草或者農(nóng)作物廢棄物在缺氧的環(huán)境下燃燒,得到的物質(zhì)就是木炭。傳統(tǒng)方法是將土覆蓋在點燃的生物質(zhì)上使之長時間無焰燃燒。
用傳統(tǒng)方法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)木炭不切實際。研究人員將目光投向了“高溫分解”法——在500℃到600℃的高溫下,將有機物質(zhì)置于缺氧狀態(tài)下,對其有控制地進行高溫分解。除了獲得木炭,高溫分解還能夠生成合成氣和液態(tài)焦油等副產(chǎn)品,這兩種副產(chǎn)品都能用做發(fā)電或取暖的燃料。生物炭的產(chǎn)量取決于高溫分解過程的快慢??焖俑邷胤纸饽軌虻玫?0%的生物炭、20%的合成氣和60%的生物油。而慢速高溫分解可以產(chǎn)生50%的木炭和少量的油。英國管理與可持續(xù)發(fā)展研究所認為,由于現(xiàn)代高溫分解裝置能夠完全使用合成氣運轉(zhuǎn),產(chǎn)出的能量是所需能源成本的3到9倍。
很多其他材料也可以制造木炭,諸如農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的大量動植物廢料——麥稈、種殼、糞便等;人類制造的垃圾——比如下水污泥或其他生活垃圾都能派上用場。 使用垃圾廢料生產(chǎn)生物炭還有雙重減碳的效果。如果任垃圾肥料腐爛,它們會產(chǎn)生甲烷。甲烷也是一種溫室氣體,其對溫室效應的影響是二氧化碳的二十多倍。
但是,難點在于如何經(jīng)濟有效地收集這些廢料??死锼埂す诺聽栐凇墩鹊厍虻氖N技術(shù)》中寫道:“在全球范圍內(nèi),大規(guī)模組織生物炭生產(chǎn)和固碳等活動,讓農(nóng)民因?qū)⑸锾柯袢胪寥蓝玫綀蟪?,實施起來有點難度?!?
此外,也需要給農(nóng)戶們配備新設(shè)備來處理這些廢料。對于城市廢品處理來說,關(guān)鍵是將可以變?yōu)樘康挠袡C廢品從其他垃圾中分離出來,并且還要證明這樣做比掩埋廢料更經(jīng)濟有效。
管理與可持續(xù)發(fā)展研究所建議,炭的生產(chǎn)可以采用小規(guī)模和工業(yè)化相結(jié)合的方式,如果稍加改進,就能夠在城市、鄉(xiāng)村甚至貧困地區(qū)經(jīng)濟有效地生產(chǎn)生物炭。
生物炭(英語:Biochar)是一種作為土壤改良劑的木炭,能幫助植物生長,可應用于農(nóng)業(yè)用途以及碳收集及儲存使用,有別于一般用于燃料之傳統(tǒng)木炭。
生物炭跟一般的木炭一樣是生物質(zhì)能原料經(jīng)熱裂解之后的產(chǎn)物,其主要的成分是碳分子。因為對亞馬遜黑土的研究,讓科學家開始對生物炭發(fā)生興趣。在日本,在農(nóng)業(yè)上使用生物炭也有長久的歷史。
近年因為排放二氧化碳、一氧化二氮及甲烷等溫室氣體造成氣候變遷影響,讓科學家開始重視生物炭之運用,因為它有助于借由生物炭封存的方式,捕捉與清除大氣中的溫室氣體,將它轉(zhuǎn)化成非常穩(wěn)定的形式,并儲存在土壤中達數(shù)千年之久。
此外,使用生物炭,可以增加20%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、凈化水質(zhì),并有助于減少化學肥料的使用。
美國康奈爾大學農(nóng)業(yè)與生命科學學院教授約翰納斯·雷曼(Johannes Lehmann)曾經(jīng)出版了一本書,詳細講述了生物炭的優(yōu)缺點。在他看來,完全不必把氣候變化引入生物炭領(lǐng)域,僅靠其提高土壤肥力的優(yōu)點,以及處理垃圾的能力,就足以讓老百姓主動采用這項技術(shù)。 不過,也有人認為使用“生物炭”固碳只是某些人一廂情愿的“美好愿望”而已,根本無法實現(xiàn),而且還可能對地球帶來無法估量的災難。
針對當前爭議激烈的“生物炭”問題,來自英國、美國、意大利、墨西哥、德國等國家的126個社會團體3月26日聯(lián)名發(fā)表宣言:《生物炭,人類、土地和生態(tài)系統(tǒng)的新威脅》,在宣言中,他們明確表示反對“生物炭”,認為其對土地、人類和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成新的巨大威脅。
在宣言中,他們寫道:不少人將在土壤中添加木炭得到生物炭看作一種“減緩氣候變化”的策略,并且將其看作一種使土地重新煥發(fā)生機的方式。還有人認為,這種方式可以吸收大量二氧化碳,讓地球恢復到工業(yè)化之前的二氧化碳濃度。其實,這些說法都站不住腳,也是不可行的。 宣言指出,如果大規(guī)模地生產(chǎn)生物炭,可能需要億萬公頃的土地(主要是植樹),同時也會大大改變?nèi)虻耐恋亟Y(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng),造成的后果無法估量。
《生物炭,人類、土地和生態(tài)系統(tǒng)的新威脅》,指出,在背后推動生物炭發(fā)展的“國際生物炭組織”是一個游說集團,主要由生物炭和農(nóng)業(yè)燃料新興公司以及學者組成,該游說組織提出的要求沒有科學依據(jù),他們在世界各地游說推廣生物炭,其中涉及許多與商業(yè)利益相關(guān)的陰謀。
另外也有人擔心,國際生物組織提出的經(jīng)濟刺激將促進生物炭工業(yè)化的發(fā)展,由此可能導致不好的后果:一些公司除了僅僅利用廢物外,還會降低土壤的質(zhì)量或者加速砍伐森林。
第一,沒有持久而嚴格的證據(jù)表明,木炭能使土壤更為肥沃。據(jù)《金融時報》報道,愛丁堡大學的西蒙·沙克利說:“可能是多個因素共同作用的結(jié)果:木炭的多孔結(jié)構(gòu)使它能像海綿一樣保存水分和水中營養(yǎng)物質(zhì),這正是貧瘠的土壤所匱乏的。另外,其多孔結(jié)構(gòu)使它成為許多重要菌種繁殖的‘溫床’?!?
土壤學講師薩蘭·索西表示,印第安黑土使巴西貧瘠的土壤變得肥沃,然而僅靠生物炭自身無法做到這一點。沙克利認為:“印第安黑土中的其他物質(zhì)含有另外的營養(yǎng)成分。例如富含磷元素的骨骼等(磷元素是植物茁壯生長所不可缺少的)。生物炭將這些營養(yǎng)成分黏附在一起。確保它們能夠被植物的根部吸收,但這些養(yǎng)分不是生物炭提供的。”
該宣言指出,工業(yè)木炭與“亞馬遜黑土”差異很大,“亞馬遜黑土”是土著居民在數(shù)百年甚至數(shù)千年的時間變遷中創(chuàng)造的。生物炭公司和研究人員還無法重造“亞馬遜黑土”。沙克利補充道:“至今還沒有人能夠成功地復制出印第安黑土?!绷硗?,工業(yè)木炭生產(chǎn)以損失有機物為代價,而這些有機物為生產(chǎn)腐質(zhì)土壤所必需,因此,如果用來生產(chǎn)生物炭,可能得不償失。
第二,現(xiàn)在還不清楚土壤中的木炭是否是某種“碳匯”。
在很多情況下,在土壤中添加木炭會刺激微生物分解非生物炭的有機物質(zhì),科學家已經(jīng)證明,這會增加土壤中的碳損失。雖然很多木炭可以在土壤中保存很久,但并非總是如此,很多微生物也能夠分解木炭。
生物炭在土壤表面可能會向大氣排放出“黑色的煙霧”,這也會加劇溫室效應,但是,如果將木炭埋在深層土壤里,可能會改變或者破壞土壤的結(jié)構(gòu),導致二氧化碳釋放進大氣中。因此,宣稱土壤中的生物炭能夠成為“永久的碳匯”站不住腳。
另外,旨在幫助企業(yè)遏制碳排放的節(jié)碳基金研發(fā)總監(jiān)伯特·德勒左那強調(diào)說,很難證明碳可以在土壤中保存數(shù)百年。即便最新發(fā)現(xiàn)生物炭具有改善土壤的功效,但我們所掌握的技術(shù)證據(jù)還遠遠無法為生物碳的發(fā)展繪制出一份宏偉而燦爛的藍圖。
第三,要達到生物炭支持者們設(shè)定的目標至少需要使用5億公頃土地。現(xiàn)在,為了紙漿、造紙工業(yè)和農(nóng)業(yè)燃料的工業(yè)化而單一種植的速生林和其他原料,已經(jīng)產(chǎn)生了嚴重的社會和環(huán)境問題,加劇了氣候變暖,對生物炭的大量新需求將大大惡化這些問題。
同時也會帶來一定的風險:未來,生物炭的大肆擴展可能促進專為生產(chǎn)生物炭而設(shè)計的轉(zhuǎn)基因樹種的發(fā)展,也可能擴展速生林的種植范圍,這兩種結(jié)果都將帶來非常嚴重的生態(tài)影響。
第四,產(chǎn)生木炭和能源的高溫分解過程可能讓土壤和空氣遭受危險,同時也會增加化石燃料的燃燒以及威力強大的溫室氣體一氧化二氮的排放。
節(jié)碳基金研發(fā)總監(jiān)伯特·德勒左那擔心,把生物炭看作生物質(zhì)加熱后的主要產(chǎn)物可能沒有抓住問題的要害。
節(jié)碳基金正在緊鑼密鼓地大力發(fā)展高溫分解工廠,但其目的是用生物質(zhì)生產(chǎn)液態(tài)運輸燃料,生物炭僅僅是快速高溫分解工藝過程中產(chǎn)生的用途尚有爭議的副產(chǎn)品而已。
德勒左那表示:“生產(chǎn)液態(tài)運輸燃料對減排非常重要,而生物炭是否有同樣的作用,尚不得而知。”他還認為,鼓勵小型農(nóng)場用傳統(tǒng)的低技術(shù)含量方法制造生物炭可能比僅僅焚燒或者扔掉這些植物產(chǎn)生更多溫室氣體。
經(jīng)過計算,污物中60%的碳可以封存在木炭中,木炭埋藏在地下,預計能在1000年或更長時間里,防止碳進入大氣。由于污物最初來自能從大氣中去除二氧化碳的植物,所以整個過程稱為“碳負性”。
像其他地區(qū)正在開發(fā)的工廠一樣,賓根的高溫裂解工廠可以轉(zhuǎn)變?nèi)魏翁蓟镔|(zhì),其中包括塑料。這意味著高溫裂解可以從農(nóng)業(yè)廢物、食品廢物和生物質(zhì)中獲取能量。但問題是,它比以常規(guī)方式燃燒生物質(zhì)產(chǎn)生的能量少。
殼牌石油公司開展顯示出對生物炭作為碳儲存機制的濃厚興趣。生物炭能夠捕捉生物質(zhì)中一半的碳,釋放1/3的潛在能量。盡管益處多多,生物炭的進展還是面臨著很大的障礙,比如以低廉的價格完善和傳播該技術(shù)等等。此外,目前金融系統(tǒng)主要資助從生物質(zhì)和廢物中生產(chǎn)能量,對碳儲存技術(shù)的支持甚少;生物炭需要全球范圍的鼓勵政策。
正在進行的生物炭土壤益處研究是該技術(shù)中一個關(guān)鍵問題。多孔的生物炭能夠吸引有益菌,如菌根真菌,捕捉可能從土壤中流失的養(yǎng)分,減少對碳排放肥料的需求。美國紐約康奈爾大學(Cornell University)研究認為,掩埋生物炭可能讓土壤儲存有機碳的能力增加一倍。澳大利亞的研究表明,生物炭可以減少土壤排放溫室氣體一氧化二氮。德國拜羅伊特大學(University of Bayreuth)的新研究顯示,生物炭可以使貧瘠土壤中的植物生長加倍。拜羅伊特大學研究人員布魯諾·格拉澤(Bruno Glaser)博士表示:“生物炭研究始于1947年。但是直到上個世紀80年代,生物炭才被人們重視起來?,F(xiàn)在,關(guān)于生物炭的效果有很多令人興奮的發(fā)現(xiàn)?!备窭瓭刹┦空诘聡辈垦芯可锾孔饔糜谪汃ね寥赖男Ч?。
英國紐卡斯爾大學(Newcastle University)大衛(wèi)·曼寧(David Manning)教授同樣也是生物炭的支持者。他說,通過實施正確的激勵措施,生物炭封存的碳數(shù)量有可能達到航空業(yè)排放量。
生物炭高溫裂解爐已經(jīng)開發(fā)出來,將在發(fā)展中國家使用。今年12月,各國將在丹麥哥本哈根展開談判,商議2012年之后的全球氣候協(xié)定。洪都拉斯和幾個非洲國家正努力讓生物炭成為新協(xié)定中的氣候變化減緩手段和適應性技術(shù)。
德國賓根的污水處理廠中,傳送帶將半干的污水流送入鋼容器中,空氣中散布著污泥成熟的氣味。污水通過容器變成閃亮的黑色顆粒,接著在經(jīng)過這種短暫的生態(tài)“煉金術(shù)”處理之后,污物最終變成了木炭,埋藏于地下。將碳封存,防止其進入大氣。 該技術(shù)的支持者表示,該方式儲存碳非常有效。未來的全球氣候協(xié)定中,應該包括生物炭這種技術(shù)。
埋藏生物炭還可以提高土壤肥力,因為其蜂窩狀顆粒成為水分和肥料的儲存庫。英國東南地區(qū)的洛桑即將開始田間試驗,評估生物炭對土壤結(jié)構(gòu)和水分的好處。澳大利亞、美國和德國的實驗已經(jīng)顯現(xiàn)出一些成果,特別是在其他土壤貧瘠的地區(qū)。
生物炭受到了關(guān)注氣候變化人士的支持。賓根生物炭工廠設(shè)計工程師海爾馬特·葛波爾(Helmut Gerber)表示,他設(shè)計的高溫裂解設(shè)備,原本是為了解決污物灰燼堵塞常規(guī)鍋爐的問題。
通常情況下,污水處理是溫室氣體的重要來源,廢物經(jīng)焚化(可產(chǎn)生更多排放)產(chǎn)生的粉灰用于建筑行業(yè)。在賓根,10%的污水流被輸入試驗性的高溫裂解工廠,工廠用最少的氧氣加熱廢物,分離出一氧化碳和甲烷,之后燃燒再為高溫裂解過程提供熱量。2100433B
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湖南瀏陽市沙市鎮(zhèn)敦睦村村民陳同春,原先是做彩瓦的,如今卻改行做起了環(huán)保磚。2007年,敦睦村開通了遠程教育,通過遠程教育,陳同春看到了做環(huán)保磚的信息。于是,產(chǎn)生了嘗試一番的想法。
生物炭基肥料特性及農(nóng)業(yè)應用
技術(shù)背景
世界秸稈年產(chǎn)量20億噸左右,我國秸稈產(chǎn)量在7億噸以上,位列世界秸稈年產(chǎn)量之首。近年來,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和農(nóng)村生活條件的改善,我國秸稈資源處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出狀態(tài)。秸稈作為全球最大的可再生資源,它的開發(fā)與利用對于發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、保護全球生態(tài)平衡、減少環(huán)境污染具有重要意義。
北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司作為一家知名的以環(huán)保技術(shù)為核心的上市公司,積極響應國家號召,以技術(shù)創(chuàng)新為先導,開展商業(yè)模式創(chuàng)新、品牌創(chuàng)新和管理創(chuàng)新,踐行“天藍、水清、地沃、人善”的發(fā)展理念,與南京農(nóng)業(yè)大學潘根興教授團隊強強聯(lián)合,成功研發(fā)、轉(zhuǎn)化、集成并升級出具有技術(shù)先進性、適應市場經(jīng)濟性、符合綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的“秸稈炭化還田、土壤改良技術(shù)”。這一技術(shù)目前屬于世界領(lǐng)先水平,非常適合我國當前農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,2017年被農(nóng)業(yè)部列為重點推介的秸稈農(nóng)用十大模式之一。
秸稈生物質(zhì)經(jīng)集中收集—打包—造粒后,經(jīng)低溫限氧熱裂解,生成生物質(zhì)炭、生物質(zhì)氣和木醋液。生物質(zhì)氣作為系統(tǒng)燃料可供循環(huán)利用,木醋液含有大量有機養(yǎng)分并具有殺蟲功能,與N、P、K等營養(yǎng)元素復配到生物質(zhì)炭中,經(jīng)造粒后制成生物炭基肥料和土壤改良劑。生物質(zhì)炭即具有豐富的納米孔隙結(jié)構(gòu),又保留了秸稈中豐富的氮磷鉀速效養(yǎng)分和多種高活性有機質(zhì)。采取測土配比氮、磷、鉀,量體裁衣生產(chǎn)的生物炭基肥料,施用后既對作物生長好,可以保肥保水、殺蟲滅菌,實現(xiàn)作物的增產(chǎn)提質(zhì)增收,更重要的是對土地好,可以降低化肥和農(nóng)藥的使用量,改善土壤結(jié)構(gòu),修復土壤板結(jié),提升土壤中有機質(zhì)含量,有助于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
生物炭基肥料特性
針對各農(nóng)作物生長特點研發(fā)的有機無機復合肥
富含大量有機質(zhì)及作物所需的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素,并含有鈣、鎂、鐵、硅、鋅、銅等多種中微量元素,營養(yǎng)均衡,全方位提供作物生長所需養(yǎng)分。
1、納米孔隙結(jié)構(gòu),保肥緩釋、長效高效
獨創(chuàng)性的炭化工藝生產(chǎn)的生物質(zhì)炭具有豐富的納米孔隙結(jié)構(gòu),吸附、保蓄養(yǎng)分能力強,緩慢釋放養(yǎng)分,有效避免氮素損失,延長肥效,提高養(yǎng)分利用率。
2、持續(xù)改善土壤結(jié)構(gòu),養(yǎng)土保墑,增強作物免疫力
調(diào)整炭和化肥比例,有效改良土壤,優(yōu)化土壤團聚體結(jié)構(gòu),增進保墑與抗逆,促進土壤微生物環(huán)境健康,提高作物自身免疫力。
3、因土配方施肥技術(shù),提高產(chǎn)量,改善品質(zhì)
因地制宜,根據(jù)土壤中營養(yǎng)元素的豐缺情況,定制肥料及施肥方案,提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì),降低化肥用量,節(jié)約資源,改善環(huán)境。
農(nóng)業(yè)應用效果
2016年,三聚環(huán)保已在內(nèi)蒙古興安盟、黑龍江興凱湖、江蘇宿遷、湖北荊門等多地開展了玉米、水稻、紅小豆等三聚炭肥的種植對比試驗,均取得了明顯的效果。
1. 河南衛(wèi)輝玉米試驗:
施普通肥(NPK養(yǎng)分含量45%)平均畝產(chǎn)659.07公斤,施三聚炭肥(NPK養(yǎng)分含量40%)平均畝產(chǎn)699.57公斤,各三聚炭肥的玉米試驗田增產(chǎn)15-72公斤/畝,平均增產(chǎn)40公斤/畝
2. 黑龍江興凱湖農(nóng)場水稻試驗
施生物炭基肥料的水稻地上部生物量比施普通肥高50%,地下部生物量比施普通肥高26.8%。普通肥平均畝產(chǎn)619公斤,三聚炭肥平均畝產(chǎn)659公斤。與施普通肥相比,三聚炭肥平均增產(chǎn)40公斤/畝,粗蛋白增加14.20%。
3. 內(nèi)蒙古紅小豆試驗
在紅小豆生長期間,遭遇74天持續(xù)干旱,減產(chǎn)嚴重。施三聚炭肥的植株整體發(fā)育相對較好,地上部植株長勢好,地下部根系發(fā)達,作物抗旱能力強。施普通肥平均畝產(chǎn)25公斤,施三聚炭肥平均畝產(chǎn)40公斤。與施普通肥相比,三聚炭肥增產(chǎn)60%。
2017年,三聚環(huán)保繼續(xù)通過“秸稈炭化技術(shù)、測土配方施肥技術(shù)”,在全國范圍內(nèi)廣泛開展三聚炭肥農(nóng)業(yè)示范基地,發(fā)展品牌農(nóng)業(yè),以示范田為樣板,通過測土配方施肥技術(shù)定制作物專用肥,逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標準化、規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化和市場化,大幅度提升農(nóng)產(chǎn)品附加值,保持土壤健康發(fā)展。截止目前,三聚炭肥試驗田已經(jīng)覆蓋了黑龍江、內(nèi)蒙古、寧夏、河北、河南等13個省份,涵蓋了小麥、玉米、水稻、花生、甜菜、土豆等14種作物。
合作方式
合資建廠、技術(shù)支持、技術(shù)服務
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什么叫生物炭法(PACT法)?
有些難以生物降解的制藥廢水,其生化處理出水中的COD要達到國家一級排放標準(100mg/L)以下是比較困難的,因此生化處理出水應再采用顆?;钚蕴课教幚砑夹g(shù)以保證出水達標是不可缺少的。但是,顆?;钚蕴课教幚矸ㄓ幸粋€致命的弱點即處理成本太高,其根本原因是顆?;钚蕴课教幚鞢OD的動態(tài)吸附容量在10%左右(重量百分比),即一噸活性炭只能吸附處理廢水中的COD在100公斤左右。由于顆?;钚蕴吭偕щy,處理成本高,因此顆?;钚蕴刻幚砑夹g(shù)的應用推廣在國內(nèi)還并不普遍。那么是不是可以開發(fā)一種新的技術(shù),這種技術(shù)可以大幅度地提高活性炭的動態(tài)吸附容量,有效地降低廢水的處理成本呢?
由杜邦公司最先開發(fā)的生物炭法工藝(PowderedActivatedCarbonTreatmentProcess)就是這種新技術(shù)的代表之一。生物炭法簡稱“PACT法”,或“PACSBR生化法”,被國外認為是最有發(fā)展前途的新型的廢水生化處理工藝,
在生化進水中(或在曝氣池內(nèi))投加粉末活性炭與回流的含炭污泥一起在曝氣池內(nèi)混合,從污泥濃縮池中排出的剩余污泥進污泥脫水裝置。在曝氣池內(nèi),活性污泥附著于粉末活性炭的表面,由于粉末活性炭巨大的比表面積及其很強的吸附能力,提高了污泥的吸附能力,特別在活性污泥與粉末活性炭界面之間的溶解氧和降解基質(zhì)濃度有了很大幅度的提高,從而也提高了COD的降解去除率。一般來說在PACT系統(tǒng)內(nèi),活性炭吸附處理COD的動態(tài)吸附容量在100-350%(重量百分比),即一公斤粉末活性炭可吸附去除1.0-3.5公斤COD。而且,PACT法能處理生物難以降解的有毒有害的有機污染物質(zhì)。
根據(jù)我們的工程調(diào)試經(jīng)驗,直接在SBR好氧生化池內(nèi)定期(每15-30天)定量投加粉末活性炭可以獲得很好的處理效果。其實粉末活性炭和顆粒活性炭的吸附處理機理是一樣的,不過在在SBR生化池內(nèi)投加粉末活性炭更具有以下幾個優(yōu)點:
節(jié)約投資成本;
操作靈活方便;
活性炭利用率高;
可避免顆粒活性炭易長生物膜導致堵塞,影響出水速率的缺點:
在粉末活性炭--活性污泥系統(tǒng)中,活性污泥附著于粉末活性炭的表面,由于粉末活性炭巨大的比表面積及其較強的吸附能力,在活性污泥與粉末活性炭界面間的溶解氧和降解基質(zhì)濃度有了很大幅度的提高,從而也提高了COD的降解去除率。一般來說,COD的去除(視廢水的種類)可以提高10-40%;
由于廢水中的有毒有害有機物質(zhì)被粉末活性炭所吸附,因此廢水中有毒有害物質(zhì)的濃度可以穩(wěn)定在一個較低的水平,從而保證了生化處理系統(tǒng)的正常運行;
對于防止氨氮指標反彈,保證出水氨氮指標達標具有很好的效果。
我們曾用PAC-SBR法處理***廠生產(chǎn)廢水,結(jié)果表明:PAC-SBR法有著比較顯著的處理效果,生化處理出水達到了國家一級排放標準。
對于***公司的廢水處理系統(tǒng)來說,如果SBR生化出水不能達到排放標準的話,我們也可以在SBR生化池內(nèi)投加少量粉末活性炭以提高生化處理效率,保證生化處理出水可以達到規(guī)定的排放標準。
近期以來,碳肥概念已經(jīng)火爆了整個市場,各種碳肥產(chǎn)品粉墨登場,特別是以前市場上常見的氨基酸、黃腐酸、腐植酸等產(chǎn)品現(xiàn)在也被被包裝成各類碳肥產(chǎn)品進行銷售,而生物炭基肥產(chǎn)品由于其推出市場時間不久,大家對其功能與特性尚不是很了解,常常與腐植酸類產(chǎn)品混淆。因此,碳寶在這里對這兩種產(chǎn)品進行解讀,詳細談談其中的差別,利于消費者進行選擇。
一
生物炭與腐植酸的聯(lián)系與區(qū)別
首先,雖然兩類產(chǎn)品都富含碳,但來源與制備方法以及產(chǎn)品性質(zhì)均有差異。
生物炭(Biochar)是以作物秸稈等農(nóng)林植物廢棄生物質(zhì)為原料,在無氧或低氧條件下,400-700℃裂解得到的穩(wěn)定的固體富碳的產(chǎn)物。從概念中可以看出,生物炭產(chǎn)品在我們?nèi)粘I钪胁⒉簧僖?。我們冬季取暖以及野外燒烤所用的木炭、竹炭、機制炭以及工業(yè)上常用的活性炭等產(chǎn)品,均屬于生物炭的一種,它屬于人為通過物理化學方法所制備的富碳產(chǎn)物。從組成成分上來說,生物炭主要由芳香烴和單質(zhì)碳或具有類石墨結(jié)構(gòu)的碳組成,一般含有60%以上的C元素,含有的其它元素主要有H、O、N、S以及豐富的礦質(zhì)元素等。生物炭長期應用在人們的生產(chǎn)生活中,然而把其應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,則是近年來才得到大家的重視。這一應用的提出源于對亞馬遜流域印第安人留下的黑土地的增產(chǎn)效果。目前科學界普遍認為生物炭在農(nóng)業(yè)上的應用對促進土壤固碳、改善土壤健康、提高作物品質(zhì)具有重要的意義。
生物炭產(chǎn)品的品質(zhì)受生物質(zhì)材料、制備技術(shù)等方面的影響。一般來說,良好的生物炭制品在制備完成后,其在土壤中的應用主要的功能成分由三部分組成:穩(wěn)定的支架碳、小分子的有機碳以及吸附的豐富礦質(zhì)元素。其中,支架碳是生物炭的主體,主要是由單質(zhì)碳或類似石墨結(jié)構(gòu)的芳香碳組成。這一部分碳的可溶性極低,溶沸點極高,具有高度羧酸酯化、芳香化結(jié)構(gòu)和脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu),因此使生物炭具備了極強的吸附能力和抗氧化能力。這一部分碳結(jié)構(gòu)保留了原生物質(zhì)的細微孔隙結(jié)構(gòu)(如下圖所示),具有較大的比表面積,因此具有強烈的吸附性,能夠吸附重金屬、農(nóng)殘等污染物,從而減少植物對這些污染物的吸收;這些孔隙還能吸附植物一時不能利用的氮素養(yǎng)分,后期再緩慢地釋放供給植物,從而提高氮肥的利用率;同時,這部分支架碳也可以吸收水分子進入小孔中,當干旱發(fā)生時,小孔可以保護水分子不被迅速的蒸發(fā),從而有了保持水分的效果。另外,這部分支架碳也能為一些有益菌提供生長繁殖的空間,猶如庇護所一般讓有益菌免受外在環(huán)境的脅迫,從而促進有益菌在植物根系的定植,提高微生物菌肥的效果。
圖1竹制生物炭掃描電子顯微鏡圖像。a:竹制生物炭橫切面;b:竹制生物炭縱切面。
第二部分是生物炭在制備過程中的一些小分子的有機碳,這部分碳是生物炭中的活性成分。它們被吸附在支架碳上,能夠被植物和微生物所利用,被植物直接吸收利用可以促進植物生長;被微生物利用可以促進微生物的繁殖。一般生物炭肥料使用后馬上表現(xiàn)出的效果往往是由這部分小分子碳所提供的。
第三部分是生物炭中包含的礦質(zhì)元素成分。由于生物炭是從植物煅燒而成的,植物中所含有的一些Ca、Mg、K、Si等大中量營養(yǎng)元素和Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素均保留在生物炭中,在施入土壤后可以補充土壤中的礦物質(zhì)養(yǎng)分。另外,由于這部分營養(yǎng)元素一般以堿性形式存在,因此,也具有改良土壤酸性的作用。
因此,我們從以上介紹中可以看出,生物炭產(chǎn)品所具有的保水保肥、改良土壤和促進植物生長的效果是由于生物炭所固有的性質(zhì)所決定的。特別是在目前我國土壤面臨的土壤酸化、肥料利用率低、重金屬污染風險問題上,生物炭肥料產(chǎn)品將會發(fā)揮重要的作用。
介紹完了生物質(zhì)炭產(chǎn)品,我們再來了解下腐植酸類產(chǎn)品的情況。腐植酸(Humic acid)是植物遺骸經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化,以及地球物化反應等一系列過程形成和積累起來的一類有機物質(zhì)。目前市場上常見的腐植酸類產(chǎn)品主要有兩種來源,一種是從風化煤中提取的礦源腐植酸,一種是從秸稈類物質(zhì)中提取的生化腐植酸,其中以礦源腐植酸為主。腐植酸總體上是一類大分子的含碳化合物的混合物,呈現(xiàn)弱酸性。但由于在提取時的工藝不同,呈現(xiàn)產(chǎn)品的pH也各有差異。其中,既能溶于堿、酸和水的組分,稀溶液呈黃色或棕黃色的物質(zhì)被稱為黃腐酸,又叫富里酸(Fulvic acid),其分子量比較小,具有一定的生物活性;而溶于堿但不溶于酸的,被稱為腐植酸(Humic acid),其分子量要大于黃腐酸;而在酸堿中均不能溶解的部分,被稱為胡敏素(Humin)。在不做特殊說明的情況下,我們把這三類物質(zhì)均稱為腐植酸類物質(zhì)。黃腐酸類產(chǎn)品由于其中包含的小分子有機碳物質(zhì)較多、易溶于水、活性較強、具有一定的生物刺激功能,因此常被作為功能成分開發(fā)特種肥料。而一般市場上常見的腐植酸肥料則包含了黃腐酸、腐植酸和胡敏素三種成分。
腐植酸類物質(zhì)的組成元素成份和生物炭類似,也是C、H、O、N、S等元素組成,其中含碳率也較高,有的可達到60%以上。應該說,腐植酸產(chǎn)品與生物炭均為富碳產(chǎn)物,這兩類產(chǎn)品在功能上存在一定的相似性。如兩類物質(zhì)都存在一定的小分子有機碳,具有刺激作物生長的功能;兩類物質(zhì)都具有吸附緩沖性能,可以吸附養(yǎng)分、增加養(yǎng)分利用率等等。然而它們雖然元素成分相似,但兩者組成結(jié)構(gòu)上存在較大差異,由此導致的功能差異也很多。
首先,我們看,腐植酸不含有單質(zhì)碳成分,不具有生物炭的支架碳的孔隙結(jié)構(gòu),其對養(yǎng)分、水分等的吸附作用是由其含碳化合物所決定的,這些就導致腐植酸化合物的穩(wěn)定性較生物炭差。一方面,微生物可以通過生物作用分解這些腐植酸類的化合物,造成腐植酸在土壤中的損失;另一方面,土壤耕作、水肥的施用也會導致腐植酸的氧化分解。而生物炭的碳支架穩(wěn)定性程度極高,可以在土壤中存續(xù)幾百甚至上千年,從而能保證其對土壤修復效果的長期穩(wěn)定。因此,在土壤中使用腐植酸物質(zhì)往往在刺激作物生長上作用顯著,但在改良土壤、提高土壤有機質(zhì)等改良土壤的長效性上要弱于生物炭。
另外,在礦質(zhì)養(yǎng)分上兩類產(chǎn)品也存在差異。由于腐植酸在生產(chǎn)過程中,一般采用堿溶酸析法進行提取,因此一些風化煤中的礦質(zhì)元素并不能被堿溶出,純品的腐植酸含有的礦質(zhì)元素的含量較低;但生物炭完整的保留了所有植物中所含有的礦質(zhì)元素,從而元素的豐富度上要高于腐植酸產(chǎn)品。因此,從產(chǎn)品性質(zhì)上看,生物炭適于開發(fā)為基肥產(chǎn)品,長期穩(wěn)定的大量施用,從而保證土壤的持續(xù)健康;而腐植酸類產(chǎn)品更適于作為肥料助劑與化肥產(chǎn)品共同配合使用,從而發(fā)揮其促進化肥肥效,刺激作物生長的作用。
另外,生物炭產(chǎn)品能長期促進土壤有機質(zhì)的積累。這主要是由于生物炭支架碳的穩(wěn)定性,以及其吸附其他有機物質(zhì)的能力,從而能促進土壤中有機質(zhì)的長期增加。而腐植酸產(chǎn)品穩(wěn)定性較弱,雖然能短期促進土壤有機質(zhì)的增加,但在中長期來說效果不顯著。特別是一些小分子的黃腐酸物質(zhì),由于其分子量小,更容易被微生物分解利用。因此在促進土壤有機質(zhì)上更弱于生物炭產(chǎn)品。
二
生物炭與腐植酸肥料商品種類與特點
在上文中介紹了生物炭與腐植酸的區(qū)別,這里再和大家介紹下目前市場上開發(fā)的肥料產(chǎn)品情況。
首先,我們來看生物炭肥料產(chǎn)品。由于國內(nèi)生物炭的研究開發(fā)時間較短,市場上的產(chǎn)品種類并不多見,特別是由于生物炭原料的來源的限制、制備技術(shù)以及成本問題,商品化的產(chǎn)品價格一般為高端產(chǎn)品。目前市場上的主流生物炭肥料產(chǎn)品主要有二類。第一類是時科生物科技(上海)有限公司等企業(yè)開發(fā)的生物炭基有機肥類的產(chǎn)品。其主要是將生物炭以一定比例與高品質(zhì)的生物有機肥產(chǎn)品進行配比,開發(fā)出的含有生物炭、腐殖質(zhì)和有益微生物菌的生物肥料。這一類的生物炭基肥料產(chǎn)品主要的作用是修復改良土壤為其特色,兼顧了生物炭和腐植酸兩類物質(zhì)的優(yōu)點,對目前中國主要的酸化土壤、鹽漬化土壤等具有顯著的修復作用。長期使用能顯著提高土壤有機質(zhì),促進土壤養(yǎng)分平衡,降低重金屬、有機污染物的吸收。這類產(chǎn)品在提高作物品質(zhì)上的效果比較顯著。但該類產(chǎn)品的礦質(zhì)營養(yǎng)成分較低,需配合高含量礦質(zhì)元素的化肥進行使用。
圖片:時科碳基肥產(chǎn)品
第二類產(chǎn)品是將生物炭與傳統(tǒng)化肥進行復合,生產(chǎn)的生物炭基復合肥產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的特點是以促進肥料的利用率為主,兼顧改良土壤的效果。這類產(chǎn)品在我國東北三省銷售較多。今年4月1日,生物炭基肥料的行業(yè)標準(NY/T3041-2016)開始實施,助推了炭基復合肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而,受限于生物炭產(chǎn)能問題,這類產(chǎn)品在市場上并不多見。
圖片:沈陽生物炭聯(lián)盟成立照片
腐植酸類肥料產(chǎn)品由于其發(fā)展時間較長,產(chǎn)品品種較多。其中比較常見的有以腐植酸料為主的腐植酸鉀、黃腐酸鈉、腐植酸銨等產(chǎn)品。也有腐植酸銨與過磷酸鈣、鉀肥或微量元素混合的腐植酸復合肥料產(chǎn)品,或者腐植酸與尿素復配的腐植酸尿素產(chǎn)品等;還有一類是以黃腐酸產(chǎn)品與一些礦質(zhì)元素復配的沖施肥和葉面肥產(chǎn)品等。這些產(chǎn)品主要是以提升肥料的功能性和養(yǎng)分利用率主要特點。
三
生物炭肥與有機營養(yǎng)
總之,無論是生物炭基肥料還是腐植酸類肥料,在產(chǎn)品合格的情況下,對土壤修復和作物生長均具有較好的效果。但當前部分企業(yè)為了提高產(chǎn)品價格,賺取超額利潤,對產(chǎn)品進行虛假宣傳、夸大功效。特別是一些黃腐酸、腐植酸肥料的廠家,常常夸大部分小分子活性碳的功能,把它們的生物刺激功能偷換概念為碳素營養(yǎng),大肆炒作碳營養(yǎng)、有機營養(yǎng)等概念,引起消費者認知混亂,筆者在這里有必要進行澄清。
應該來說,無論是生物炭還是腐植酸類物質(zhì),其中均包含有大量的小分子有機碳。這類物質(zhì)具有一些類激素的生物刺激功能,在提高植物根系生長、促進葉綠素合成、增加作物抗逆性上有顯著功效。由于這些小分子碳的種類繁多,其對植物生長的作用功能機制在學術(shù)界尚未完全明了。但是,這類小分子有機碳其主要作用是對植物生長的調(diào)控、刺激功能,起到的是生物信號的作用,而非營養(yǎng)的功能。
我們知道,植物是自養(yǎng)生物,通過光合作用吸收空氣中的CO2,合成糖類物質(zhì)供給植物生長所需。因此,雖然植物組成中C確實為第一元素,但植物碳的供給主要來自于空氣。而無論是黃腐酸、生物炭產(chǎn)品中包含的小分子碳,雖然也能被植物吸收,但作用量是極少的,并不是植物碳骨架的主要供給者,更不能稱為有機碳營養(yǎng)。
從常識也可以看出,植物生長需要大量的碳元素,而一些黃腐酸等小分子碳類物質(zhì)供給量極少,不可能提供植物整個生育期的需碳量。另外,這些小分子碳的另一個重要功能是供應土壤中微生物的生長,作為微生物的營養(yǎng)成分存在。而微生物生長會促進土壤理化性質(zhì)的改善,進而促進了植物的生長。因此,小分子碳在土壤中的功能是多樣的,其對作物直接和間接的作用都有,不能僅認為其被植物直接吸收發(fā)揮功能。
四
生物炭基肥料的市場概況
目前,由于市場上的生物炭基肥料尚處于起步階段,市場上開發(fā)的肥料產(chǎn)品比較少。但隨著生物炭產(chǎn)品市場的崛起,一些企業(yè)也開始打生物炭肥的旗號以劣充好,假冒偽劣的現(xiàn)象頻發(fā),這就要求我們消費者具備辨別碳肥產(chǎn)品的能力。筆者在這里對生物炭基肥產(chǎn)品的市場進行介紹,幫助消費者識別好的炭基肥產(chǎn)品。
生物炭基肥料的生產(chǎn)的第一步是生物質(zhì)炭的生產(chǎn)。由于當前我國生物質(zhì)炭收集、儲運的困難,以及工業(yè)化、連續(xù)化生產(chǎn)生物質(zhì)炭的技術(shù)尚未完全成熟,生物炭的整體產(chǎn)能不高,炭原料的價格也處于高位。因此,在肥料行業(yè)中使用生物炭配方的肥料產(chǎn)品整體上應該為高端產(chǎn)品。目前,一些肥料產(chǎn)品標“生物炭肥料”字樣,但價格低端的,一般均為假冒產(chǎn)品。
另外,市場上也有一些企業(yè),主要是一些生物質(zhì)能源公司,把生物發(fā)電的廢棄物作為生物炭肥料產(chǎn)品進行銷售。這一類的產(chǎn)品主要是一些草木灰成分,含碳量較低,并不具備真正生物炭基肥料的吸附功能。因此這類產(chǎn)品在應用效果上并不明顯,這也是值得當前市場上需要注意的。
還有,一些企業(yè)采用的炭化原料并非為生物質(zhì)源,而是一些畜禽糞便,其炭化程度也不高,重金屬含量常有超標風險,因此存在一些產(chǎn)品質(zhì)量問題,這些都需要消費者進行識別。
責任編輯:天天向上