污泥生物炭添加对黑麦草和土壤养分特性的影响

为探讨污泥生物炭(Sludge biochar,C)和改性污泥生物炭(Modified sludge biochar,GC)添加对黑麦草(Lolium perenne L.)和土壤养分特性的影响,本试验以C和GC为材料,设置不同添加水平(0%,5%,10%,15%,20%)种植黑麦草,测定黑麦草和土壤养分等指标。结果表明,添加C、GC均促进了黑麦草的生长及其茎叶和根含水量的提高,5%的添加水平显著提高了黑麦草茎叶和根的干重。C、GC添加对黑麦草TN含量的提高效果最显著,其次为TK。C添加对提高黑麦草生物量的影响程度大于GC,而对黑麦草养分含量及其吸收累积,GC大于C。应用C、GC可提高土壤有机质和全氮含量,降低土壤pH,碱解氮和速效磷受生物炭类型影响。因此,土壤中添加5%~10%比例的C或GC对植物的生长有促进作用,有利于提高土壤的养分含量。

镧改性酒糟污泥生物炭的制备及对水中磷的吸附性能研究

为使市政污泥资源化并有效处理水体中的磷,以玉米酒糟和市政污泥为原材料制备酒糟污泥生物炭(LBCZ),采用共沉淀法用七水合氯化镧(LaCl_(3)·7H_(2)O)对LBCZ进行改性制备改性生物炭(La-LBCZ);探究活化剂种类、活化剂浓度、浸渍比、酒糟添加比例、热解温度、热解时间对LBCZ吸附磷的影响及改性剂的种类、改性剂的浓度、改性温度、改性时间对La-LBCZ吸附磷的影响,得到LBCZ和La-LBCZ的最佳制备条件;采用扫描电子显微镜观察其表面形貌。实验表明,改性剂浓度为0.1 mol/L时La-LBCZ对磷的吸附量最高(68.56 mg/g),为改性前的6倍;动力学与热力学实验表明LBCZ对磷的吸附符合准二级动力学和Langmuir模型,为单分子层化学吸附;扫描电镜结果表明,La-LBCZ比LBCZ的表面粗糙,La被成功负载到LBCZ表面,EDS谱图表明磷酸盐被成功吸附到LBCZ和La-LBCZ表面。

氧化改性对污泥生物炭去除酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)的影响

采用KMnO_(4)氧化改性制备一种新型污泥生物炭(KBC)用于处理酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)。通过批量吸附试验考察了溶液初始pH、共存离子、投加量、吸附时间及污染物浓度对改性生物炭去除Cd(Ⅱ)的效能,并通过表征技术探究改性生物炭对Cd(Ⅱ)的去除机理。结果表明,KMnO_(4)氧化改性提高了KBC中含O基团的数量、比表面积及石墨化程度。批量吸附试验表明,在最佳条件:温度25℃、投加量1 g/L、吸附时间300 min及pH=5.0时,原始污泥生物炭(BC)和KBC对Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为53.27和99.22 mg/g。此外,共存离子NaCl浓度对BC和KBC对Cd(Ⅱ)的吸附几乎没有影响。经过4次重复试验后,BC和KBC对Cd(Ⅱ)的去除率分别为64.05%和90.34%。Cd(Ⅱ)与含O基团的络合、Cd—π相互作用及静电作用是BC和KBC去除水溶液中Cd(Ⅱ)的主要机理。KMnO_(4)氧化改性能够有效提高污泥生物炭对酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)的处理。

铁锰改性油茶壳基生物炭对污泥厌氧消化性能及微生物群落结构的影响

水解阶段是污泥厌氧消化的限速阶段,投加外源添加剂生物炭(BC)是打破水解限制与提高甲烷产量的有效手段。以木本油料加工剩余物油茶壳为原料,制备铁锰改性生物炭(Fe-Mn-BC),并通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱、X射线衍射仪等对材料进行表征测试,探讨其对污泥厌氧消化性能、甲烷产量以及微生物群落结构的影响。结果表明:Fe-Mn-BC具有多孔结构,铁锰颗粒以多种氧化物的形式负载在BC表面;添加Fe-Mn-BC能提高甲烷产量,当投加的Fe-Mn-BC总固体质量分数为80 mg/g时,累积产气量最高达301.59 mL/g,较未添加组提升了45.27%。微生物群落分析发现,添加Fe-Mn-BC的组别古菌群落优势菌泉古菌门(Crenarchaeota)、Candidatus_Methanomethylicus和Candidatus_Methanofastidiosum丰度增加,这些菌群能有效促进有机物水解并提高甲烷产量,表明Fe-Mn-BC的加入不仅能富集产甲烷菌等具有功能性的微生物菌群,有效提高污泥厌氧消化效率,也为油茶壳的资源化利用提供了有效途径。

Fe_(3)O_(4)/MoS_(2)改性生物炭活化过硫酸盐协同单宁酸调理污泥

针对市政剩余污泥脱水难度大的问题,采用高铁酸钾活化法和水热法制备了Fe_(3)O_(4)/MoS_(2)改性生物炭(FeMo-BC),将其用于活化过硫酸盐(PMS)联合单宁酸(TA)调理污泥。以污泥比阻(SRF)和泥饼含水率(Wc)为测试指标,研究了改性生物炭结构特征及用量、pH、调理时间、PMS投加量和TA用量对市政污泥脱水的影响。结果表明,热解温度550℃,水热法中载铁生物炭(Fe-BC)与钼酸钠质量比为1∶1时制备的FeMo-BC活化PMS的效率最高。在FeMo-BC投加量为100 mg/g(以TS计)、pH为4、PMS和TA用量均为40 mg/g时,搅拌调理30 min,毛细吸水时间由29.3 s降为17 s,SRF由9.77×10^(11)m/kg下降为2.59×10^(11)m/kg,Wc由85.68%降为70.64%。通过活性自由基捕获实验以及分析污泥调理后胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖含量的变化,表明FeMo-BC活化PMS生成的高氧化性SO_(4)^(-)·与^(1)O_(2)可以有效破解污泥中胞外聚合物,降低了紧密结合型EPS(TB-EPS)的含量,TA可以进一步络合沉淀EPS中的蛋白质,降低蛋白质含量;SEM分析结果显示,经过调理的污泥絮体呈明显的破碎状,有利于提高污泥脱水性能。

市政污泥与牛粪协同炭化对改性污泥生物炭性质的影响

为探究市政污泥与牛粪协同炭化对改性污泥生物炭性质的影响,以市政污泥和牛粪为实验原料,设置牛粪添加比例为0%、10%、20%、50%,炭化时间为40 min,炭化温度为400℃、500℃、700℃,将市政污泥与牛粪协同炭化,分析制备的改性污泥生物炭的性质。结果表明,改性污泥生物炭的产率随着炭化温度的升高及牛粪添加比例的增加而降低。在炭化温度为700℃,牛粪添加比例为50%时,产率最大降幅为34.09%;改性污泥生物炭的有机质含量随着牛粪添加比例的增加而升高,随着炭化温度的升高而降低;当牛粪的添加比例为50%时,改性污泥生物炭的有机质含量最高,分别为35.49%(700℃)、43.09%(600℃)和46.15%(500℃)。改性污泥生物炭中的重金属富集程度随着炭化温度的升高而提高。改性污泥生物炭中有效态重金属占比在20%以下,表明市政污泥与牛粪共热解对重金属形态稳定化具有一定的协同作用,降低了重金属淋溶风险和生态毒性。

污泥生物炭对水体中磷的吸附

以污水处理厂剩余污泥(RS)制备成的污泥生物炭(SDBC)作为吸附剂,采用批平衡法研究SDBC对磷的吸附特征,考察投加量、溶液pH值等因素对SDBC吸附磷的影响,并通过响应面法(RSM)对影响磷吸附的条件进行优化,结合实验结果与表征数据对SDBC吸附磷的机制进行探究.结果表明,SDBC对磷的吸附动力学符合Elovich(R^(2)=0.984)方程,说明SDBC对磷的吸附过程是多种反应共同作用的非均相扩散过程;Langmuir(R^(2)=0.980)和Langmuir-Freundlich(R^(2)=0.979)方程能很好地描述磷在SDBC上的吸附行为,由Langmuir拟合所得的磷最大吸附量为4.508mg/g;Langmuir-Freundlich模型拟合均相指数n(1.143)较小,说明SDBC上吸附位点分布不均匀,SDBC与磷之间存在相互作用力.SDBC吸附磷的最佳初始pH值为4.0~5.0;SDBC对磷吸附的最佳投加量为8g/L.通过RSM分析得到SDBC对磷的最佳吸附条件为SDBC的投加量为5g/L,磷的初始浓度c0为10mg/L,pH为5.0.SDBC对磷吸附的可能机制包括静电吸附作用,共沉淀作用,置换作用,配体交换作用以及孔隙填充作用.

基于正交试验设计的改性污泥基生物炭制备研究

为了进一步提高污泥基生物炭的吸附能力,采用掺入特定比例硫酸的氯化锌作为活化剂开展污泥基生物炭制备研究,通过正交试验结果可见,不同制备条件对生物炭碘吸附值影响的比较为:碳化温度>活化剂硫酸掺入比>碳化时间>活化剂浓度;结合不同制备条件对产率影响,获得最佳制备条件组合为:碳化温度500℃、活化剂硫酸掺入比60%、碳化时间1 h、活化剂浓度3 mol/L。在该组合条件下制备的改性污泥基生物炭碘吸附值为516.68 mg/g,产率为70.25%。

农林废弃物共热解对污泥生物炭Cu(Ⅱ)吸附性能的影响

将山地城市污泥与水稻杆、水稻壳、桉树枝、桉树叶等农林废弃物进行共热解,研究共热解对生物炭理化性质及Cu(II)吸附性能的影响,探讨共热解对Cu(II)吸附性能的协同作用。结果显示,与污泥炭相比,水稻壳、水稻杆、桉树枝、桉树叶与污泥共热解制备的生物炭,C含量分别增大了0.64倍、0.87倍、1.04倍、1.22倍,O含量分别增大了1.11倍、1.25倍、2.01倍、2.17倍,对Cu(II)最大吸附量分别增大了28.4%,60.3%,82.7%,99.7%。共热解对生物炭Cu(II)吸附性能具有明显的协同作用,污泥与桉树叶共热解炭对Cu(II)最大吸附量的协同量化值最高(90.13%)。

活性污泥生物炭的制备及吸附性能的研究进展

污水处理厂产生大量剩余污泥,其处置问题一直以来是研究的重点与热点。利用热解的方法将污泥转化为污泥基生物炭,不但可以解决剩余污泥的处置问题,而且可以在处理污废水的基础上,对剩余污泥实现重新利用。污泥基生物炭在污废水的处理中逐渐受到了关注,尤其是在新兴污染物的去除方面。以污水处理厂污泥为基础的污泥生物炭,分别通过制备方式、热解温度、改性手段等因素综述污泥生物炭对重金属、有机物、新兴污染物的影响,并通过用图表的形式指出改变之后的作用与机理。以期能给今后污泥生物炭在重金属、有机物、新兴污染物领域上的应用和研究提供更多的思路。

未释磷及释磷污泥生物炭内源磷释放特征及影响因素研究

在市政污泥制备生物炭并作为水处理吸附剂的过程中,富含磷(P)的污泥释放出的磷有可能引发环境二次污染,这是亟须关注的环境问题。研究以污泥生物炭(Biochar,BC)和低温热处理(Low Temperature Phosphate Release Biochar,RC)、酸碱(Acid and Alkali Phosphate Release Biochar,AB)、热酸解(Thermal Acid Phosphate Release Biochar,PBC)释磷污泥生物炭为研究对象,考察不同释磷技术对污泥中磷释放的影响,通过对比释磷和未释磷污泥生物炭在水中的释放行为,揭示了影响内源磷释放的环境因子。研究结果显示:热酸解技术对污泥释磷效果最好,最佳释磷率达55.40%;污泥中磷主要以无机磷(Inorganic Phosphorus,IP)的形态存在;经过预释磷处理的污泥生物炭在水体中的累积释放质量比显著低于未释磷污泥生物炭;不同处理污泥生物炭磷的累积释放质量比由大到小依次为PBC、RC、AB、BC;生物炭内源磷释放符合拟二级动力学模型,表明生物炭的磷释放是化学过程。环境条件对污泥生物炭的释磷影响为:在酸性条件、较高固液比(g∶m L)、部分阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-))和阳离子(Na^(+)、K^(+))可促进BC、RC和AB中磷的释放,Ca^(2+)抑制磷释放,但是环境条件对PBC中磷的释放影响不大,表明PBC在不同环境条件下的应用更具有安全性和稳定性。研究将对污泥生物炭的安全性应用提供理论和技术支撑。

焦化污泥基生物炭在氯介质下催化降解间甲酚的性能

以焦化污泥制备生物炭,并在硝酸溶液中低温条件下进行改性,研究其在氯介质下对间甲酚降解的效率与机理.焦化污泥(CSS)具有较大的比表面积和丰富的官能团,其吸附作用较强,对间甲酚的吸附去除率为27.1%.而通过炭化和改性的焦化污泥炭的比表面积显著降低,官能团数量减少,吸附作用极弱.在催化降解过程中,改性焦化污泥炭(CSSC-N)对间甲酚和总有机碳(TOC)的去除率分别为98.1%和80.1%,远高于未改性的焦化污泥炭(CSSC-0),主要归因于CSSC-N中具有多种含铁物质,有利于铁循环,且表面铁含量高达60.10%,能提供丰富的催化活性组分.Cl-对间甲酚和TOC的去除率有抑制作用,随着Cl-浓度的升高,去除率降低.当废水中的NaCl为5%wt时,在催化重复实验中间甲酚的去除率均高于70%.CSSC-N具有一定的抗氯性能,在氯介质下具有较高的催化活性和稳定性.三维荧光光谱分析和中间产物鉴定结果表明Cl-的存在影响了间甲酚的降解过程,生成了难降解的氯代副产物.

生物炭改善污泥脱水性能及其机理研究进展

介绍了污泥脱水性能的主要影响因素和污泥脱水调理技术,综述了生物炭的特征、改性方法及其单独或与其他方法联合用于污泥调理的研究进展,并对影响污泥脱水性能的相应机理进行了探讨。对生物炭调理技术的发展与应用前景进行了展望,提出深入探究生物炭改性方式以及联合调理方法以进一步提高污泥脱水性能的必要性,以期为生物炭在污泥调理理论研究和工程应用等方面提供参考。

市政污泥生物炭在废水吸附处理中的应用

随着经济全球化的飞速发展,城市污水处理中排放的污泥量日益增加,预计到2025年中国市政污泥年产量将>9.0×10^(7) t。市政污泥中含有的病原微生物、有机物及重金属,会对环境和人体健康造成严重危害。污泥衍生的生物炭材料因其较大的比表面积、优良的孔结构以及丰富的含氧基团,被广泛应用于废水吸附处理领域,实现了固体废物再利用和去除污染的双重目的,做到以废治废,达到生态与发展的双赢。该文总结了市政污泥生物炭的制备及改性方法,介绍了吸附的影响因素,综述了市政污泥生物炭在吸附重金属、染料、无机盐、抗生素、酚类中的应用及其吸附机理;最后,指出了未来污泥生物炭的发展方向和需攻克的难题,应努力形成绿色低碳的资源化处理体系。

高含量金属对污泥生物炭磷形态与释放的影响

将市政污泥经高含量金属强化预处理后低温热解制备成不同生物炭,采用Pearson相关分析和表征分析方法探讨了高含量金属和热解温度对污泥生物炭磷形态及磷释放的影响.结果表明,污泥生物炭的磷释放量随热解温度升高而降低,内源磷于350℃大量转变为正磷酸盐(ortho-P),强化预处理和pH值更加影响磷释放和金属元素固定,Fe/Al-P与Ca-P竞争共存且Fe/Al-P略占优势,Ca-P则对无机磷(IP)形态影响显著.高含量金属抑制磷释放、促进有机磷(OP)向IP转化以及阻碍HPO_(4)^(2-)向H_(2)PO_(4)^(-)转化的能力排序均为Fe>Al>Ca,钙基和铁基/铝基污泥生物炭的优势磷分别为Ca-P和Fe/Al-P,其中Fe/Al-P被铁铝氧化物包被而更难释放,主要磷释放形态均为Ca(H_(2)PO_(4))_(2).Fe强化预处理对磷形态与释放的影响最大,Ca强化预处理利于提高生物有效磷,可为污泥生物炭的资源化利用提供新思路.

污泥生物炭对土壤养分及重金属的影响

采用未、酸、碱改性污泥生物炭(SC1、SC2、SC3)修复受重金属单一污染(Cu、Zn、Cd)的土壤,研究生物炭对土壤理化性质、养分指标及重金属形态分布的影响。结果表明,施加三种SC后,土壤pH值与电导率均显著增加;阳离子交换量、有机质、有效磷及速效钾等养分指标也均呈现积极影响,即阳离子交换量在SC3的处理下提升效果更好,有机质与有效磷含量在SC2的处理下增加更为显著,速效钾含量的提升均在50%左右;三种重金属则在SC3的处理下修复固化效果更好。

铁-钙-炭强化污泥深度脱水及污泥基生物炭制备

污泥脱水是污泥处置及资源化的重要前提。在实际工程中,常规使用FeCl_(3)作为污泥调理剂时,对于某些剩余污泥的强化脱水效果较差,无法满足后续处置的含水率要求。本研究以脱水困难的剩余污泥为研究对象,探究了FeCl_(3)、CaO和生物炭协同强化污泥深度脱水效果及其资源化利用途径。研究发现,在FeCl_(3)调理污泥脱水的最佳条件下,引入CaO和生物炭可以进一步提高脱水效果。对于脱水困难的剩余污泥(单独FeCl_(3)调理,最佳脱水情况下泥饼含水率仍有60%~70%),当FeCl_(3)投加剂量为9%、CaO投加剂量为2%、稻壳生物炭投加剂量为2%,压滤时间为7 min时,机械脱水后泥饼含水率可降低至44.08%,满足后续处置的含水率要求,并且滤液pH接近中性,不会增加滤液处理负担。脱水后的泥饼中含有Fe、Ca元素,在400℃条件下制备高性能污泥基生物炭,具有较高的比表面积和孔容,表面富含含氧官能团,可以高效去除水中Cr^(6+),吸附量为26.51 mg/g。本研究建立了铁-钙-炭协同强化污泥深度脱水及其制备高性能污泥基生物炭的技术策略,为难脱水剩余污泥的处理和资源化利用提供了科学依据和技术参考。

含油污泥基生物炭处理含油废水

为使含油污泥达到无害化处理、资源化利用的目的,本实验通过热解炭化的方法,以含油污泥为实验原料,氧化钙、粉煤灰和十六烷基三甲基溴化铵的混合物为调质剂,玉米秸秆为增碳剂,制备含油污泥基生物炭,并研究其对含油废水中石油类污染物的吸附性能。以石油类污染物去除率为指标,对比了ZnCl_(2)、KOH和H_(2)SO_(4)三种活化剂对生物炭吸附性能的影响;通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、BET测试法等手段分析了生物炭的比表面积、孔隙结构和表面官能团等性能;采用批量吸附实验和再生实验,研究生物炭对石油类污染物吸附性能及其再生性。研究结果表明,最佳活化剂为H_(2)SO_(4),H_(2)SO_(4)活化制备的生物炭含有大量孔隙结构且多为介孔,生物炭表面存在—CH、C==O、—OH和C==C等官能团,比表面积为71.8069m2/g。在生物炭投加量为1.8g/L、吸附时间为180min时,对200mg/L含油废水中石油类污染物去除率可达98.21%,对石油类污染物最大吸附量为99.32mg/g。生物炭吸附石油类污染物的过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型,主要受化学吸附控制的多分子层吸附。此外,三次再生后的生物炭孔隙结构、表面官能团、比表面积与新炭相比差别不大,吸附不同浓度的含油废水中石油类污染物,生物炭的三次再生效率均达到了90%以上,仍具有良好的吸附性能,能满足循环使用的要求。

钠化污泥生物炭复合凹凸棒石对水体中Cu^(2+)的吸附效果研究

含铜废水严重威胁人体健康和环境安全,利用废弃污泥和凹凸棒石制备了钠化污泥生物炭复合凹凸棒石材料,并将其用于含Cu^(2+)废水的处理。利用SEM、XRD及FT-IR对材料的结构和表面性质进行了分析表征,复合材料表面的含氧官能团的络合或C=C键的Π电子作用是吸附重金属的主要机制。研究了复合材料对Cu^(2+)的吸附效果和机理,结果表明,污泥/凹凸棒石质量比2∶1,pH=5,添加量为1.5 g/L,Cu^(2+)初始浓度4 mg/L条件下,材料对Cu^(2+)有最大的吸附容量为3.339 mg/g。吸附过程更好地拟合了准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对Cu^(2+)的吸附是单分子层化学吸附。利用响应面分析法预测,pH值为5.04,吸附剂添加量1.16 g/L,Cu^(2+)初始浓度3.60 mg/L是最佳吸附条件。钠化污泥生物炭复合凹凸棒石在实际含铜废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。

污泥生物炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附研究

以污水处理厂中剩余污泥为原料,通过一步热解法,在缺氧条件下制备出不同温度梯度(300,500,700,750℃)的污泥生物炭,测定最佳热解温度制备出的污泥生物炭对亚甲基蓝的吸附性能,并通过BET、FTIR和形貌方法进行表征分析。结果表明,在缺氧条件下700℃热解1 h制备的污泥生物炭对亚甲基蓝去除效果最好,去除率可达97.9%。在35℃的反应温度,生物炭投加量10 g/L,吸附平衡时间12 h条件下,SB700对亚甲基蓝的理论吸附量9.87 mg/g,拟二级动力学模型对SB700吸附亚甲基吸附过程的拟合相关系数(R^(2))为0.9878,高于拟一级动力学模型,表明吸附过程以单分子的化学吸附为主。