不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

粒径对餐厨沼渣热解制备生物炭中磷和重金属的影响

以3种粒径餐厨沼渣为原料,在600℃下热解制备生物炭,研究粒径对沼渣（BR）及生物炭（BRC）中磷和重金属的影响,并采用TCLP浸出毒性和重金属潜在生态风险评估对其安全性进行系统研究。结果表明：BR及BRC中的磷主要以酸溶态磷（HCl-P）为主,残渣态磷（Res-P）次之,其余磷形态含量较低,总磷含量均呈现出随粒径增大而降低的趋势。热解促进H₂O-P、NaHCO₃-P和NaOH-P向HCl-P和Res-P转化。随着粒径的增大,BR中Cu、Zn总量增加,Cr减少,BRC中的Cr、As总量增加,Zn、Pb减少。并且BR中Cr、Zn、Pb和As中可氧化态和残渣态F3+F4随粒径增大而减少;BRC中Cr、Pb、As中F3+F4随粒径增大而减少,而Cu、Zn、Cd与之相反。TCLP浸出毒性和重金属潜在生态风险评估结果表明BR及BRC中重金属均属于低风险水平。     

污水污泥和消化污泥热解过程中重金属迁移转化行为对比分析

以污水厂生污泥(RS)及其厌氧消化污泥(DS)为处理对象进行低温热解研究,对比分析了厌氧消化工艺对污水污泥热解炭中重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb)形态分布与迁变规律的影响。结果表明:消化污泥热解炭中稳态Cd、Cr、Cu含量均高于同等温度下生污泥热解炭,而两种热解炭中Pb形态无明显差异,但消化污泥热解炭中稳态Zn含量却小于同等温度下生污泥热解炭;低温热解能够有效地降低生污泥和消化污泥中Cu、Zn、Cr、Pb的潜在迁移转化能力,使重金属由F1态和F2态向稳定的F3态和F4态转变,降低重金属的环境风险水平。     

污泥与聚氯乙烯共热解重金属特性

重金属作为污泥热解处理过程中的主要污染物，对其进行严格的排放控制有益于生态环境和人类身体健康。本文通过在水平固定床反应器内开展城市污泥的快速热解实验，探究了温度（500～900℃）及聚氯乙烯塑料（PVC）掺混比（5%和15%）对重金属元素As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn在生物炭中迁移转化规律的影响。研究发现，提高热解温度和添加PVC有利于降低As、Pb和Zn在生物炭中的残余率，但对Cr、Cu、Mn和Ni几乎没有移除作用。此外，通过分析重金属赋存形态发现，伴随热解温度的升高，除了As以外，生物炭中的其他重金属元素整体向更稳定的形态转化。与此同时，根据重金属的生态风险评估结果发现，当热解温度为500℃和600℃时，原料中PVC的存在会增大所获取生物炭中重金属的生态风险。本文为实际工业热处理污泥提供了关于重金属排放控制方面有价值的参考。     

污泥-锯末共热解生物炭的制备及土壤应用

利用外热式反应釜,以城市污泥和白杨木锯末混合物为原料共热解制备生物炭。研究了共热解工艺条件对生物炭产率和吸附性能的影响,对最佳工艺条件下所制备生物炭的比表面积、孔结构、表面形貌进行了表征,并且分析了生物炭的营养物质、p H、重金属质量分数。结果表明,最佳共热解工艺条件:锯末掺混比为20%,热解温度为400℃,催化剂质量分数为6%,反应时间为30 min。最佳生物炭表面存在较多的孔隙结构,中大孔较多,比表面积为6.411 m2/g,碘吸附值为311.63 mg/g,亚甲基蓝吸附值为95.42 mg/g。最佳生物炭中速效氮、速效磷和有机质质量分数分别为115.5 mg/kg、287 mg/kg和535.63 g/kg,呈碱性,p H为9.88,重金属质量分数除Zn外均远低于农用土壤二级标准,可作为土壤改良剂或肥料使用。     

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。     

矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响

为了厘清矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响规律,以胜利油田罐底含油污泥为研究对象,在水平管式炉上分别进行了含油污泥添加CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO后的焚烧实验,对获得的焚烧底灰分别进行了重金属总量、浸出特性以及风险性分析。研究结果表明：矿物质在焚烧过程中形成的残渣对重金属均有一定的吸附作用,CaO对Cu、Cr、Pb和As的吸附效果最好,其中Cu的残留率达到93.40%。不同矿物质化合物对重金属浸出的抑制效果不同,其中Al₂O₃对Cr、Zn、Pb、As、Cd的浸出特性表现出了最强的抑制效果,且Zn、Pb和As的浸出率均低于5%。矿物质对重金属风险性影响的规律性不强,CaO和Al₂O₃对降低Zn和As的风险性效果较为显著,Zn和As生物有效态含量均低于18%。     

污水处理厂污泥制备生物炭及应用的研究进展

以污泥为原料制备生物炭是实现污泥资源化利用的途径之一,具有成本低、方法简单等优点。为了推动污泥制备生物炭技术的发展和应用,本文从制备方法、影响因素和应用领域等方面总结和归纳了污水处理厂污泥制备生物炭的研究现状,阐述了污泥生物炭不同制备方法及其优缺点,详细分析了不同影响因素对污泥生物炭产率、比表面积、孔径大小和孔径分布等特点的影响,总结了污泥生物炭在环境和农业领域的应用情况,提出了目前污泥制备生物炭技术存在的生物炭产率低、重金属易析出和生产批次差异等问题,并指出了今后的发展方向。     

污泥掺烧生物质的重金属排放特性研究

针对城市污泥焚烧面临的重金属污染严重等问题,提出了在城市污泥中掺烧生物质解决重金属污染的新方法,并利用5 k W鼓泡流化床进行试验研究,考查城市污泥掺烧生物质过程中重金属的含量和形态分布特性及燃烧飞灰中重金属的浸出毒性。结果表明:城市污泥掺烧生物质使Cd和As的挥发性降低,Pb、Cu和Cr的挥发性增加,对Hg的挥发性影响很小;城市污泥掺烧麦秆对Zn的挥发性影响不大,掺烧棉秆使Zn的挥发性降低;城市污泥掺烧生物质都使飞灰中Pb、As的形态稳定性降低,使Zn的形态稳定性增加,对Cu、Cr的形态稳定性影响较小;污泥掺烧不同生物质对飞灰中重金属浸出量和浸出率的影响不同,棉秆与麦秆相比更有利于降低飞灰中重金属的浸出量和浸出毒性。     

脱水污泥-松木共热解生物炭的制备及吸附性能

以脱水污泥(含水率80%)和松木的混合物为原料共热解制备生物炭。研究了松木掺混比、热解温度对生物炭产率和BET比表面积(SBET)的影响,采用元素分析、工业分析和扫描电镜比较了单独热解及共热解生物炭的元素组成和表面形貌。结果表明,生物炭产率随着松木掺混比的增加而提高,随着热解温度的升高而下降。2种原料共热解存在明显的协同效果:松木提高了生物炭的碳元素含量,污泥的水分具有一定的活化作用,生物炭表面粗糙程度增加、SBET扩大。当松木掺混比为60%、热解温度为750℃时,生物炭SBET达到最高的213.4 m2/g。此外,生物炭对水中苯酚的吸附符合准二级动力学,等温吸附过程能用Freundlich模型描述。     

铜污泥中重金属形态分布及浸出毒性分析

结合目前有色冶金工业上普遍采用的石灰铁盐法工艺特点,首次采用改进的BCR连续提取法与毒性浸出实验相结合的方法对铜污泥（中和渣与铁砷渣污泥）的重金属形态分布与浸出毒性进行了系统的研究。结果表明：采用改进的BCR方法对铜冶炼污泥重金属元素形态进行提取,形态提取具有较高的回收率;As、Zn、Pb与Cd为中和渣与铁砷渣污泥中主要的重金属元素（质量含量As＞Zn＞Pb＞Cd）,其中中和渣含As高达58 566 mg/kg（折合5.85%）,铁砷渣含As为12 582 mg/kg（折合1.26%）;两种重金属形态分布差异主要体现在As的形态分布上,铁砷渣污泥中重金属稳定性较好,特别是砷的稳定性较中和渣高;中和渣污泥中,As主要以弱酸态形式存在（占68.01%）,Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在;铁砷渣污泥中,As、Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在,其中残渣态As占59.21%;浸出毒性结果显示两种污泥中砷的浸出毒性都远远超过国标GB 5085.3-2007规定值,因此铜冶炼厂污泥属于含高砷危险废弃物,而以弱酸态As为主的中和渣污泥浸出毒性较高,而主要以残渣态As存在的铁砷渣污泥浸出毒性较低。     

污泥-玉米秸秆热解制生物炭及其对Pb~(2+)的吸附特性

开展了脱水污泥单独热解及其与玉米秸秆共热解(泥秆质量分别为9∶1,8∶2,5∶5)制备生物炭吸附剂的研究。采用元素分析、扫描电镜和比表面积仪对4种生物炭的理化特性及微观形貌进行了全面分析。结果表明,在相同热解温度下,随着玉米秸秆掺杂量的增加,生物炭产率及灰分含量降低,全碳含量增加,pH值略有下降,生物炭比表面积和总孔体积增大,棒状残焦分布量增多,孔结构更加发达。生物炭对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb~(2+)的等温吸附行为,4种生物炭对Pb~(2+)的饱和吸附量大小依次为:SSMT50%(44. 8 mg/g) SS-MT20%(38. 1 mg/g) SS-MT10%(30. 7 mg/g) SS(21. 7 mg/g),表明污泥-玉米秸秆生物炭有作为重金属Pb吸附剂的潜力。     

不同金属氧化物对重质生物油再裂解的比较性研究

通过TG-FTIR、GC/MS和XRD等分析手段,研究了Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO和TiO₂四种金属氧化物催化下重质生物油的热解特性及产物差异。结果表明：应用上述四种催化剂的再裂解实验均促进了重质生物油的脱氧,其中CaO催化下脱氧效果最好,Al₂O₃能够有效降低反应温度,Fe₂O₃有效促进了重质生物油成炭前的解聚、固相产物质量降幅达21.23%,TiO₂对CO₂的生成有最明显的抑制效果、同时可以降低反应结束温度;在低温下,除CaO外的三种催化剂均对有效产物的生成有促进作用,但对不同种类的物质各有侧重,而CaO则会使反应所需温度升高且对愈创木酚的富集有很强的选择性;在中温下,CaO和TiO₂表现出较好的催化效果。上述催化热解过程有效促进了酚类的富集,效果最好的是Al₂O₃,酚类相对含量增幅达31.10%。除Fe₂O₃外的三种金属氧化物均降低了生物炭的有序度,添加CaO制备的生物炭具有最无序的炭结构和最高的固相产率。     

剩余污泥基质生物滞留设施重金属环境风险评价

利用剩余污泥改良生物滞留设施基质可提升其雨水渗透及除污性能,但剩余污泥中重金属可能引发的潜在环境风险值得关注。分析了剩余污泥基质典型重金属的含量及赋存形态,采用3种评价方法分别对剩余污泥基质的重金属环境风险程度进行综合评价。结果表明,剩余污泥基质中Pb、Cr、As、Cu、Zn和Ni平均含量分别为16.11,85.36,13.06,24.65,218.69,17.78 mg/kg, Zn酸可提取态和可还原态含量较高,Pb、Cr、As、Cu和Ni残渣态含量较高;地累积指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法评价全部重金属均属安全水平或轻微生态危害。     

城市污泥焚烧渣中重金属的浸出特性

城市污泥焚烧渣中重金属种类较多、浓度较高,随意处置存在环境生态风险。本文在对污泥及其焚烧渣中重金属形态进行分析的基础上,模拟实际酸雨条件,开展污泥焚烧渣中重金属的浸出特性研究。实验结果表明,与污泥相比焚烧渣中各重金属的残渣态比例显著增大,有效态、有机结合态比例大幅减小,但各重金属的铁锰氧化态比例仍然较高(18%~65%),可迁移性和潜在生态风险较大。静态浸出实验发现灰渣中大部分重金属的浸出率随着浸出时间的延长、液固比的增加、pH和粒径的减小而增大,其中pH的影响最为显著。动态淋溶实验表明降低淋溶液pH、延长淋溶时间各重金属的浸出总量增加,动态淋溶过程中各重金属浸出率要明显高于静态浸出率;各重金属的浸出主要集中在前三年,浸出量占其总浸出量的50%~100%,其中As、Zn、Cr、Cd、Pb的浸出比例较高,其整体浸出能力与重金属形态分析结果较为一致,需重点关注。在上述实验基础上,结合资料分析,提出适合我国国情的污泥焚烧渣处置建议。     

污泥4种热处理产物中磷的化学提取-沉淀回收性能

污水处理厂污泥中磷含量较高,对磷进行回收能有效实现磷资源的二次利用。采用磷酸铵镁(MAP)回收法分别对污泥4种热处理产物阴燃灰、掺烧灰、焚烧灰和热解焦的酸浸出液进行磷回收试验,重点分析了各热处理产物在酸浸出-MAP路线下的磷回收性能,包括磷沉淀率、产物中磷和杂质含量,并进一步探究了沉淀产物的环境安全性。结果表明,通过酸浸出-MAP回收法,单位质量沉淀产物磷质量分数达19.82～31.71 mg/g,原污泥中磷回收率达49.25%～65.81%。磷回收性能由高到低依次为焚烧灰、热解焦、阴燃灰、掺烧灰。酸浸出-MAP回收产物中含有大量Ca、Fe、Al和Si杂质,且含有一定量Zn、Pb、Cr、Cu、Cd、As和Ni,其中Zn含量远高于其他重金属含量。产物纯度和环境安全性由高到低依次为焚烧灰、掺烧灰、热解焦、阴燃灰。在沉淀产物的环境安全性方面,阴燃灰、焚烧灰和热解焦的酸浸出-MAP回收产物中重金属含量均符合GB/T 23349—2009《肥料中砷、镉、铅、汞生态指标》和GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》。掺烧灰的酸浸出-MAP回收产物中Cd质量分数为3.20 mg/kg,超过农...     

城市污泥厌氧发酵残渣热解制备生物炭及其氮磷吸附研究

以污泥发酵前后的残渣热解制备生物炭,考察发酵前后污泥生物炭的物理性能及其对氨氮、总磷的吸附能力。实验结果表明污泥发酵有利于生物炭孔隙结构的发展,污泥发酵后制备的生物炭(FSBC)比表面积、孔体积均高于未发酵污泥制备的生物炭(SBC)。吸附实验结果表明,对于磷酸盐的吸附,3种材料吸附能力大小为 FSBC > SBC > CAC,对于氨氮的吸附,吸附能力顺序为CAC > FSBC > SBC,污泥发酵后制备的生物炭对氨氮和总磷的吸附能力较未发酵污泥生物炭明显增强。对于实际废水中氮、磷的吸附,其去除率顺序均为CAC > FSBC > SBC,其中CAC和FSBC对总磷的去除率分别为31%和27%,对氨氮的去除率则分别为7%和4%。FSBC与CAC对总磷和氨氮的去除率相差不大。FSBC作为污泥资源化得到的低成本吸附剂,有广阔的研究前景。     

污泥-玉米秸秆热解制生物炭及其对Pb~(2+)的吸附特性

开展了脱水污泥单独热解及其与玉米秸秆共热解(泥秆质量分别为9∶1,8∶2,5∶5)制备生物炭吸附剂的研究。采用元素分析、扫描电镜和比表面积仪对4种生物炭的理化特性及微观形貌进行了全面分析。结果表明,在相同热解温度下,随着玉米秸秆掺杂量的增加,生物炭产率及灰分含量降低,全碳含量增加,pH值略有下降,生物炭比表面积和总孔体积增大,棒状残焦分布量增多,孔结构更加发达。生物炭对Pb⁽²⁺⁾的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb⁽²⁺⁾的等温吸附行为,4种生物炭对Pb(2+)的等温吸附行为,4种生物炭对Pb⁽²⁺⁾的饱和吸附量大小依次为:SSMT50%(44. 8 mg/g)> SS-MT20%(38. 1 mg/g)> SS-MT10%(30. 7 mg/g)> SS(21. 7 mg/g),表明污泥-玉米秸秆生物炭有作为重金属Pb吸附剂的潜力。     

城市污泥中重金属稳定性的化学形态分析

以城市污水厂剩余污泥为研究对象,以连续提取法对其中8种主要重金属元素的化学存在形态进行了分析,结果表明:污泥中除Ni、Zn、Cd有超标和潜在的超标危险外,其它各金属的含量均低于国家标准的最高要求;污泥Ni、Cd具有相当的生物毒性,其余的元素生物有效部分较少,稳定性较好。总体来看城市污泥可通过降低超标重金属含量来实现农用的目的。     

Fe负载污泥生物炭催化热解聚丙烯及产物特性

针对塑料成分复杂、热解产油组分不稳定和品质控制难的问题，本文以市政污泥为原料制备Fe负载污泥基生物炭催化剂，以聚丙烯塑料(PP)催化热解促进焦油裂解与合成气生产的试验路线开展研究，分析了PP热解产物中焦油的去除效果、富H₂合成气关键组分以及催化热解过程对污泥基生物炭表面特性的影响。结果显示FeCl₃浸渍比为5%(质量分数，以Fe计)制备的污泥基生物炭可显著促进PP催化热解产氢，1g塑料氢气产率达17.39mmol，分别高于未经Fe负载污泥生物炭催化对照组268.43%以及纯PP热解对照组2046.91%。催化热解过程强化了焦油裂解，焦油裂解率达29.65%。焦油组分中醇类物质相对占比下降，烯烃类与卤代酯类物质相对占比上升。同时，催化热解后污泥基生物炭表面出现特殊的薄层状孔隙结构，比表面积增至225.90m²/g。XPS分析发现污泥基生物炭表面的碳氧官能团结合碳、晶格氧以及羧基氧相对比例上升，证明在此Fe浸渍比例下出现了更多的活性位点。