摘要 污泥是污水处理过程中的副产物。近年来,随着污泥产量的不断增加及污泥 中可利用的营养物质和有毒有害物质共存的特点,污泥的处理和处置任务更为艰 巨。热解是目前较有发展潜力的一种污泥处理方式,所得污泥生物炭(sewage sludgebiochar,SSBC)可W作为吸附剂和±壤改良剂,从而效实现污泥资源化、 减量化、无害化。 本文W脱水污泥为原料,系统研究了不同热解温度下所制备的SSBC的理化 性质、憐吸附性能及改良红壤的效果。试验结果表明,热解温度能显著影响SSBC 的理化性质。随着热解温度的升高,SSBC产量降低,表面负电荷减少;低温热 解时(300°C),SSBC呈微酸性,而高温热解时快于30(TC),SSBC呈碱性;SSBC 中C、H、N含量随着热解温度的升高而降低,而Ca、Mg、A1、Fe等重金属元 素含量随着热解温度的升高而増加;热解过程中,生物炭表面有机官能团发生明 显变化,脂肪族基团减少或消失,芳香性增加。 本文还考察了SSBC对NH4+、NCV和憐酸根的吸附效果。与其他生物炭相 比,SSBC对NH4+和N03-的吸附能力较弱。然而700°C下制备的SSBC(B700) 的礎吸附性能优于其他类型的生物炭和活性炭,其吸附量达到了5.93mg/g(WP 计),可1^作为一种廉价高效的磯吸附剂。礎主要是^1稳定形态吸附于SSBC上, SSBC中CaO和MgO与憐酸根结合形成稳定磯酸盐沉淀可能是其吸附稱的主要 机制。吸附条件优化实验结果表明,吸附温度升高可促进SSBC对憐的吸附, SSBC吸附磯的适宜pH为6-8,共存离子C〇32-对礎吸附具有明显的抑制。此外, Langmuir方程、Freun她ch方程及Langmuir-Freundlich方程均能较好地拟合B700 对磯的吸附过程,表明磯在SSBC表面的吸附可能受多种机制影响。 培养试验显示,施用SSBC能在短时间迅速提高王壤pH值、王壌有机质、 矿物态氮和有效磯等养分含量,且SSBC施用量越大,制备温度越高,效果越显 著。SSBC可交换态盐基离子含量高,添加至红壤能显著提高其交换性巧、镇、 钟和钢含量,同时降低±壤交换性铅和交换性H+含量。本文还通过±柱淋滤试 验考察SSBC对红壤有机质、NH4+、NCV及憐酸根淋滤的影响。结果显示,SSBC 能显著提高红壤对有机质、NH4+及磯酸根的保持能力,但是对NCV的保持能力 I污泥生物炭作为吸附剂和酸性±壤改良剂的可行性研究 没有显著作用。 关键词;污泥生物炭;理化性质目录 摘要I ABSTRACTIll 1绪论1 1.1研究背景1 1.2污泥处置研舰状 1 1.2.1污泥的性质1 1.2.2污泥的危害2 1.2.3巧泥的资源化巧用现状 2 1.2.4污泥的处置方式 3 1.3生物炭概述4 1.3.1生物炭的作用 4 1.3.2生物炭的资源化利用 5 1.4污泥生物炭研巧现状 7 1.5研究内容及意义 8 1.5.1研究内容8 1.5.2研巧意义9 2试验材料与方法 10 2.1试验材料10 2.1.1试验巧泥10 2丄2试验止壤10 2.1.3试验药剂10 2丄4试验仪器与设备 11 2.2试验方法12 2.2.1污泥生物炭的制备 口 2.2.2生物炭的表征 口 2.2.3污泥生物炭吸附试验 13 2.2.4污泥生物炭改良纽壌试验 14 3热解温度对污泥生物炭理化性质的影响 16 3.1引言16 3.2生物炭产率16 3.3元素组成17 3.4Zeta植和押 18 3.5比表面积与电镜分析 18 3乂表面官能团20污泥生物炭作为吸附剂和酸性±壌改良剂的可行性研巧 3.7XRD21 3乂本章小结21 4污泥生物炭的磯吸附和解吸性能 23 4.1引言23 4.2污泥生物炭的磯吸附性能 23 4.2.1污泥生物炭对NH4+、N03-及磯酸根的吸附能力 23 4.2.2吸附操作条件对污泥生物炭吸附磯的影响 24 4.3吸附等温线27 4.4污泥生物炭的磯解吸性能 28 4.5污泥生物炭吸附磯的机理分析 29 4.6本章小结29 5污泥生物炭对红壌的改良性能 31 5.1弓信31 5.2污泥生物炭分批提取 31 5.3污泥生物炭添加对红壤pH的影响 巧 5.4污泥生物炭对紅壤交换性盐基离子与交换性酸含量的影响 35 5.5添加污泥生物炭对红壤养分含量的影响 36 5.6污泥生物炭对红壌保肥能力的作用 37 5.6.1污泥生物炭对红壌有机质保持效能的影响 37 5.6.2污泥生物炭对红壤NH4+-N保持效能的影响 39 5.6.3污泥生物炭对红壤N03—N保持效能的影响 40 5.6.4污泥生物炭对红壌磯酸根保持效能的影响 41 5.7本章小结42 6结论