铁基污泥炭活化过硫酸盐调理剩余污泥脱水的效能和机理研究

为了改善剩余污泥的脱水性能,采用铁基污泥炭(Iron-SBC)活化过硫酸盐(PDS)调理污泥。研究了PDS投加量、Iron-SBC投加量、反应时间、反应温度以及初始pH对剩余污泥脱水的影响,并分析了其机理。结果表明:65℃条件下,在单位质量TSS的PDS投加量150 mg/g、Iron-SBC投加量350 mg/g,初始pH=6.68时,经Iron-SBC/PDS调理20 min后,污泥毛细吸水时间、污泥比阻和泥饼含水率分别达到8.4 s、5.4×10^(12) m/kg、73.5%。机理分析表明,调理过程中发生了氧化反应,原本紧密平整的污泥絮体和胞外聚合物被破解,结合水被释放,污泥中高亲水性的紧密型胞外聚合物(TB-EPS)向松散型胞外聚合物(LB-EPS)和溶解性胞外聚合物(S-EPS)转化,对污泥脱水不利的蛋白质被氧化降解,TB-EPS的减少和铁离子的中和作用使Zeta电位上升;具有刚性结构的Iron-SBC降低了泥饼的压缩系数,同时在Fe3+絮凝作用下,污泥分形维数变大。最终在“氧化-骨架构建”耦合作用下,剩余污泥实现了深度脱水。

玉米秸秆生物炭和碳骨架的制备及对农田土壤CO2排放的影响

为探明生物炭对黄土高原石灰性农田土壤CO2排放的影响及机理,于400、600和800℃条件下制备玉米秸秆生物炭(BC),并采用热水浸提法制备碳骨架(BS)。在分析材料基本性质的基础上,将其分别按质量比1%和2%与土壤充分混匀,开展为期50 d的室内静态土壤培养实验。结果表明,随着热解温度的升高(从400℃上升到800℃),玉米秸秆生物炭和碳骨架的pH值和总碱性含氧官能团含量显著增加,而溶解性有机碳(DOC)含量、易氧化有机碳(ROC)含量和总酸性含氧官能团含量则显著降低(P<0.05)。碳骨架DOC和ROC含量均显著低于同一热解温度条件下制得的生物炭(P<0.05)。随着添加材料(生物炭或碳骨架)热解温度的升高,各处理CO2累积排放量呈降低趋势,且添加生物炭处理的CO2累积排放量高于添加碳骨架处理,尤其是BC-2%处理CO2累积排放量显著高于BS-1%处理(P<0.05)。在整个培养过程中,培养体系的DOC和ROC含量均呈降低趋势,但DOC含量降低幅度(87.90%~89.18%)大于ROC含量(19.29%~38.49%);培养过程中400、600和800℃处理DOC和ROC含量均呈BC-2%>BC-1%/BS-2%>BS-1%>对照趋势。在添加生物炭或碳骨架处理中,与ROC含量相比,DOC含量对CO2排放变化的解释程度更高,且达到显著水平(P<0.01)。DOC和ROC含量均是影响黄土高原石灰性农田土壤CO2排放的重要因素,但相比较而言,DOC含量的影响更加显著。

生物炭及其碳骨架对微生物去除水中低浓度硝酸盐的影响

为探究生物炭及其碳骨架对反硝化过程及N_(2)O排放的影响,以稻壳生物炭(BC)为例,通过水洗法制备碳骨架(WBC)和浸提液(BCE),并富集筛选厌氧反硝化细菌(DB),然后分别在BC、WBC或BCE存在条件下,开展DB去除模拟废水中低浓度硝酸盐(约10 mg·L^(-1))的室内培养试验,探究培养过程中模拟废水N_(2)O和N_(2)O+N_(2)排放速率、理化指标及硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性的动态变化。结果表明,模拟废水N_(2)O排放完全通过微生物途径产生。DB处理反硝化速率(N_(2)O+N_(2)排放速率)峰值(以N计)在培养48 h时出现,而DB+BC处理反硝化速率峰值在36 h时出现,DB+WBC处理反硝化速率峰值甚至在24 h时出现,且DB+BC和DB+WBC处理峰值(分别为44087.79和46826.27 ng·h^(-1))均明显高于DB处理(38097.45 ng·h^(-1))。与DB处理相比,DB+BC和DB+WBC处理N_(2)O+N_(2)累积排放量分别增加30.17%和2.86%,N_(2)O累积排放量分别减少83.04%和74.52%,表明生物炭及其碳骨架均能提高反硝化速率,并促进N_(2)O还原。与DB+BC处理相比,DB+WBC处理N_(2)O+N_(2)累积排放量减少20.98%,表明碳骨架的反硝化促进作用不及生物炭,但碳骨架的电导结构在反硝化过程中仍起主要作用。

吸附法捕集CO_(2)的研究进展

近年来,全球各地均出现了CO_(2)排放量超标的问题。吸附法具有能耗低、设备简单、再生性能好、工艺清洁等优点,是公认捕集CO_(2)最有效的方法。吸附剂作为吸附法的核心,介绍了沸石、金属有机骨架、活性炭、生物炭、新型复合材料等CO_(2)吸附剂的研究进展,及未来的研究方向。随着开发更高效、成本更低的吸附剂,对降低温室效应有重要意义。

不同热解温度的生物炭在土壤中的矿化作用研究

为探究不同热解温度的生物炭不同组分(易降解和相对难降解碳)对其在土壤中矿化作用的影响及机理,将生物质甘蔗渣和在300、500、800℃下热解生成的生物炭(分别表示为BC300、BC500、BC800)通过水洗法剥离出碳骨架部分,然后加入含有定量土壤菌悬液的石英砂中,设置了50 d的控温培养实验并测定培养过程中不同处理样品的矿化速率.结果表明,随着热解温度从300℃升高至800℃,生物炭的易降解碳含量降低,平均停留时间从2 d增加到38 d,相对难降解碳平均停留时间从14年增加到700多年.环境温度为25℃时,碳骨架中由于缺少微生物可利用的溶解性有机碳,所以在土壤中稳定性强.环境温度升高至35℃时,温度升高提高了微生物活性,增加了碳骨架的微生物可利用部分.800℃热解生成的生物炭(BC800)及其碳骨架(W800)的累积矿化量比空白低,且即使温度升高,W800的相对难降解碳含量仍然保持最高,表明高温生物炭具有更好的固碳效果.