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。

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。

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。

双金属氧化物负载对污泥生物炭吸附重金属Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的影响

纯污泥生物炭由于其比表面积较低等导致其去除水中污染物的能力有限,需要对污泥生物炭进行改性强化其对污染物的去除.本文采用污泥生物炭负载层状双金属氧化物强化污泥生物炭吸附水中重金属.考察了金属组合,金属离子比例,负载金属浓度和焙烧温度对双金属氧化物(LDO)强化污泥生物炭(ASB)吸附水中重金属的影响,进而确定双金属氧化物-污泥生物炭复合材料(LDO-ASB)的制备方法.同时对制备的LDO-ASB进行表征并与ASB相比,探讨了双金属氧化物的负载对污泥生物炭的重金属吸附性能的影响机制.结果表明,Mg^(2+)和Fe^(3+)组合制备的LDO-ASB较其他金属组合具有更好的Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附能力.在Mg^(2+)∶Fe^(3+)物质的量比为3∶1,Mg^(2+)的负载浓度为0.4 mol·L^(−1),焙烧温度为500℃的条件下制备的(Mg/Fe)LDO-ASB对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附量分别为149.72 mg·g^(−1)和183.69 mg·g^(−1),较ASB的吸附能力有显著的提高.材料的表征结果显示,Mg和Fe以氧化镁和三氧化二铁的形态负载在污泥生物炭表面,负载后污泥生物炭表面粗糙,加大了细纹隧道,同时也增加了—OH官能团的含量,进而强化了污泥生物炭的重金属吸附能力.

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。

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。

介孔污泥生物炭去除罗丹明B的性能研究

以市政污泥为原料,ZnCl_(2)为活化剂,通过浸渍-热解法制备改性污泥生物炭(ASBC),通过构建ASBC/过一硫酸氢钾(PMS)体系并用于降解罗丹明B(RhB),探究ASBC投加量、PMS浓度、反应pH和共存无机阴离子等反应条件对ASBC/PMS体系降解RhB的影响。BET结果表明,经过活化后的生物炭的比表面积从8.19 m^(2)/g提高至175.04 m^(2)/g,孔容从0.017 cm^(3)/g提高至0.189 cm^(3)/g,活化后的污泥生物炭具备更多的反应活性位点;当ASBC投加量为0.2 g/L、PMS浓度为0.8 mmol/L,反应5 min后对RhB的去除率高达99.7%,反应可在较宽的pH范围(3~11)内发挥作用;H_(2)PO_(4)^(-)和NO_(3)^(-)对ASBC/PMS体系降解效果无显著影响,HCO_(3)^(-)具有抑制作用,Cl^(-)具有促进作用;ASBC/PMS体系降解RhB是非自由基路径,主要活性物质是^(1)O_(2)。

碱改性污泥生物炭活化过氧乙酸降解磺胺甲噁唑

以城市污水厂污泥为原料,在800℃下限氧热解制备污泥生物炭,使用氢氧化钠改性得到碱改性污泥生物炭(N-SDBC),并作为催化剂活化过氧乙酸(PAA)降解磺胺甲噁唑(SMX)。通过SEM、FTIR、BET以及酸碱电位法对催化剂进行表征,并考察了氧化剂浓度、催化剂投加量、初始pH、水体中常见阴离子和腐殖酸对SMX降解性能的影响。结果表明,在PAA浓度为1.0 mmol/L,N-SDBC质量浓度为1.5 g/L,初始pH为3.0的条件下,90 min内SMX的降解率达到83.8%;水体中的共存阴离子和腐殖酸对SMX降解有不同程度的抑制作用。猝灭实验和电化学测试结果表明,·OH和^(1)O_(2)是体系中主要的活性氧物种,且N-SDBC/PAA体系在降解SMX时存在电子转移机制。经过4次再生循环实验,N-SDBC活化PAA降解SMX的去除率保持在70%以上,说明N-SDBC具有较好的稳定性。

污泥生物炭对低C/N废水好氧颗粒污泥长期运行稳定性的影响

将污泥生物炭作为载体培养好氧颗粒污泥,研究培养成熟的好氧颗粒污泥在碳氮比(C/N)由10降为4条件下的长期运行稳定性.结果表明,通过添加生物炭培养成熟的好氧颗粒污泥颗粒结构更紧密,不易解体.虽然丝状菌Thiothrix大量增殖,但是好氧颗粒沉淀性能良好,SVI_(30)始终维持在50mL/g左右;系统COD去除效率达到90%以上,TN去除率为70%左右.高通量测序分析表明,加炭系统微生物多样性有所降低,但具有反硝化功能的细菌数量增加,提升了系统脱氮性能.添加污泥生物炭培养成熟的好氧颗粒污泥具有更好的脱氮性能和长期运行稳定性,有利于低C/N条件下的高氨氮废水处理.

污泥生物质炭对杨树人工林土壤环境质量的影响

通过田间试验,研究了污泥生物质炭(SSBC)施用对杨树人工林土壤理化性质、重金属含量、土壤微生物生物量碳氮以及土壤酶活性的影响。试验设置4个处理:不施生物质炭对照(0t/hm^(2))、低量生物质炭(15t/hm^(2))、中量生物质炭(30t/hm^(2))及高量生物质炭(60 t/hm^(2))。结果表明:SSBC的施用可降低土壤pH,增加土壤电导率;随着SSBC用量的增加,土壤营养成分和重金属含量均呈现增加趋势,其中土壤有机碳增加18.4%~47.9%,全氮增加20.4%~46.5%,全磷增加27.9%~74.9%,有效氮增加4.2%~23.1%,有效磷增加16.3%~28.3%,且重金属污染可控。SSBC提高微生物生物量碳氮含量,并使土壤β-葡糖苷酶、N-乙酰-葡糖苷酶和蛋白酶活性分别显著增加17.1%~35.3%、18.1%~36.8%和29.3%~70.3%,其中中量生物质炭处理的增幅最大。总之,SSBC的应用不仅显著增加土壤营养成分,而且改善部分微生物环境,致使土壤环境质量一定程度上有所改善。

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。

多行业污泥生物炭特性及深度处理工业废水行为研究

将制药、印染、造纸废水生化处理系统的剩余污泥在厌氧条件下热解制备成生物炭,探究有毒气体的排放情况,表征多种污泥炭的理化性质,重点研究其对行业废水的深度处理行为以及对水体生物的毒性作用。结果表明,污泥炭产率为53%~71%,随着热解温度的升高,CO_(2)排放量降低,但CO、CH_(4)、H_(2)排放量有所上升。污泥炭C含量相对较低,含有Fe、Mn、Cr、Pb等重金属,其中每kg印染污泥炭的Fe质量为5540 mg。与低温、中温污泥炭相比,高温污泥炭对二沉池出水的处理效果最佳,反应24 h后,0.5 g/L的制药污泥炭可去除88.5%的硫化物,但不能脱色;印染污泥炭处理可使废水COD浓度达标,对苯胺类的去除效果较差;造纸污泥炭对废水中COD、TN、色度均有去除作用。污泥炭去除污染物的同时会从自身释放少量金属离子;低投加量的污泥炭对水体生物的生长并不具有显著的影响,然而当污泥炭投加量增至2.0 g/L时,大肠埃希菌的菌落数降低5.3%~11.2%,小球藻生长抑制率为9.1%~12.3%。

污泥生物炭添加对铁尾矿土植物生长特性的影响

以河北省迁安市铁尾矿为基质,通过黑麦草的盆栽试验,研究污泥生物炭为改良剂在短期内对黑麦草生长情况的影响,旨在为城市污泥资源化利用及铁尾矿土壤植物修复提供依据。以城市污泥为主要原料,农业废弃物秸秆为添加剂,在不同温度(300℃、700℃)及秸秆添加量(0%、15%、30%)条件下,进行热解制备生物炭,并以此生物炭为改良剂,与铁尾矿砂混合,以黑麦草为代表植物进行60 d盆栽试验,观察生物炭的添加对铁尾矿土壤的植物生长情况。研究结果表明:300℃热解温度下,添加15%秸秆制备的污泥生物炭(85SC300)和700℃热解温度下,添加30%秸秆制备的污泥生物炭(70SC700)对植物生长的促进效果最好,发芽率分别为86%、94%,高于对照组的49%;株高由对照组的10.52 cm增长至25.32 cm、24.84 cm;叶宽由对照组的4.5 mm增长至8.2 mm、7.2 mm;生物量由对照组的5.21 g增长至10.49 g、9.84 g。选用以上两种污泥生物炭进行不同添加量对黑麦草生长情况影响的试验研究,结果表明,随着污泥生物炭添加量的升高,植物生长情况逐渐改善,在添加量为10%时,综合效果达到最佳,发芽率分别为87%、90%,株高分别为27.21 cm、26.91 cm,叶宽分别为9.0 mm、8.7 mm,生物量分别为10.85 g、11.21 g,进一步增加污泥生物炭的添加量,植物生长情况反而受到抑制。综上所述,城市污泥可以热解制备污泥生物炭,将其与铁尾矿混合后,有助于提高铁尾矿土壤的植物生长,为铁尾矿植物修复提供依据。

富铁污泥生物炭改善污泥脱水性能研究

利用富铁污泥热解制备的富铁污泥生物炭替代Fenton反应中的铁源试剂对污泥进行调理以改善其脱水性能。结果表明,热解温度对富铁污泥生物炭调理污泥脱水性能有明显影响,800℃下热解制得的富铁污泥生物炭(RS800)脱水性能最优。污泥调理的优化条件为:污泥初始pH=2.00,RS800和H_(2) O_(2)投加量分别为0.2、0.08 g/g(以污泥中单位质量挥发性固体(VS)的投加量计),投加H_(2) O_(2)后反应15 min,在此条件下调理后污泥毛细吸水时间(CST)可下降至39.4 s,与原泥(CST=251.5 s)相比降幅达84.33%,污泥脱水性能显著增强。富铁污泥生物炭浸出Fe^(2+)引发的Fenton反应能够有效促进H_(2) O_(2)分解产生大量·OH,·OH能够有效破坏污泥絮体中胞外聚合物质(EPS)结构,使有机物、蛋白质和多糖等从污泥絮体的内层释放到外层,并释放其中的结合水。同时,Fenton反应产生的Fe 3+通过絮凝作用将细小粒径污泥凝聚成大而致密的颗粒,进一步释放结合水,最终实现污泥深度脱水。

磁性污泥生物炭的制备及对水溶液中As(Ⅲ)的吸附性能研究

以宿州市宿马园区污水处理厂含铁市政污泥为原料制备磁性污泥生物炭(MSB),用于水中三价砷(As(III))的吸附去除。应用扫描电子显微镜(SEM),磁性表征(VSM)和X射线衍射光谱(XRD)等技术探究MSB的物理化学性质;研究了不同炭化温度,吸附剂投加量,溶液pH,共存离子,反应温度等因素对MSB吸附As(III)的影响。结果表明900℃条件下制备的泥生物炭(MSB900),其中铁以α-Fe0为主,有强磁性。在最佳反应条件下(炭化温度900℃,投加量为0.8 g/L,pH = 3, 或 共存,反应温度35℃),MSB900对As(III)的最大吸附率为98.3%。以含铁市政污泥为原料制备的磁性污泥生物炭可以作为一种有效且低成本的As(III)吸附材料。

污泥生物炭的制备及其应用研究进展

我国市政污泥处置量大且逐年递增,而传统污泥处理处置方法面临稳定化率低、处置能耗高和二次污染等问题,亟需开发绿色、生态、安全的资源化利用新途径。热解炭化技术被认为是污泥处理的一种有前景的方法,通过该法制备的污泥生物炭在废水处理、土壤改良等方面具有重要作用。然而,对污泥热解炭化过程中的影响因素、污泥生物炭改性方法及其在污水处理和土壤改良中的具体应用尚缺乏系统综述。本文系统介绍了污泥生物炭的制备原理和方法(包括传统热解、水热炭化和微波炭化),分析了热解温度、时间、升温速率和添加剂等因素对污泥生物炭性质的影响,并探讨了改性方法对生物炭性能的影响。此外,本文还综述了污泥生物炭在废水处理和土壤改良中的应用,并对未来研究方向进行了展望。

水热炭化制备污泥生物炭的碳固定

采用水热炭化法将市政污泥与印染污泥在不同的水热温度下制备成生物炭,并着重分析了污泥生物炭的碳固定指标与水热温度的关系。结果表明,污泥泥质和水热温度对生物炭碳固定特性影响明显。市政污泥的水热炭化以脱羧为主,而印染污泥则以脱水为主。随着水热温度升高,两种生物炭中碳元素含量、炭产率和碳回收率均下降,但市政污泥生物炭中稳定碳的含量及其产率增加,稳定性提高,而印染污泥则呈现相反的变化趋势。这一结果指出,市政污泥生物炭的碳固定性能明显优于印染污泥,并且应进一步研究不同污泥泥质特征与炭化碳固定效果的关系。

污泥生物干化机理的探讨

目的解决对污泥基质表面水分蒸发过程中热量和水分传递现象的描述,为进一步研究污泥的热质传递过程以及对其数学模型的建立提供初步的理论依据.方法从温湿梯度的角度对生物干化和传统热干化进行比较,从质量、能量守恒定律和不可逆过程热力学原理出发,阐述了剩余污泥生物干化过程中污泥内部的传热传质现象.结果提出了污泥生物干化能够实现低温干化的本质原因;从能量守恒定律出发,描述了剩余污泥生物干化过程中污泥内部的传热传质现象;提出生物干化效率指数这一指标对生物干化的可行性进行评估;通过量纲分析法,明确了污泥生物干化过程中各参数的影响作用.结论污泥生物干化是一个温度梯度和湿度梯度同向移动的过程;在干化过程中O2的消耗率和气体流速表现最为显著的影响作用.

污泥生物炭中水溶性有机物的三维荧光光谱特征及其与铜的络合

以市政污泥为原料,在400、500和600℃条件下热解制备了污泥生物炭,研究了污泥原料和污泥生物炭中水溶性有机物(DOM)的荧光光谱特性及其与铜的络合能力。结果表明,污泥原料DOM中含有类蛋白质组分和类富里酸组分两大类荧光物质,在400℃和500℃制备的生物炭中只含有类富里酸荧光物质,600℃制备的生物炭中不含荧光物质。污泥生物炭DOM中类富里酸荧光物质受p H和离子强度变化的影响低于污泥原料DOM。污泥生物炭DOM类富里酸物质与Cu2+的络合能力低于污泥生物质DOM,且络合能力均为可见区类富里酸>紫外区类富里酸。热解改变了污泥中DOM的组成和性质,可降低与DOM络合Cu2+的迁移性。