污泥生物炭作为吸附剂和酸性土壤改良剂的可行性研究

发布时间：2020-09-25 09:13

　　 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 sludge biochar, SSBC)可以作为吸附剂和土壤改良剂,从而效实现污泥资源化、减量化、无害化。本文以脱水污泥为原料,系统研究了不同热解温度下所制备的SSBC的理化性质、磷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℃),SSBC呈微酸性,而高温热解时(大于300℃),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、Al、Fe等重金属元素含量随着热解温度的升高而增加；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NH_4~+、NO3-和磷酸根的吸附效果。与其他生物炭相比,SSBC对NH_4~+和N03-的吸附能力较弱。然而700℃下制备的SSBC(B700)的磷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5.93 mg/g(以P计),可以作为一种廉价高效的磷吸附剂。磷主要是以稳定形态吸附于SSBC上,SSBC中CaO和MgO与磷酸根结合形成稳定磷酸盐沉淀可能是其吸附磷的主要机制。吸附条件优化实验结果表明,吸附温度升高可促进SSBC对磷的吸附,SSBC吸附磷的适宜pH为6-8,共存离子C032-对磷吸附具有明显的抑制。此外,Langmuir方程、Freundlich方程及Langmuir-Freundlich方程均能较好地拟合B700对磷的吸附过程,表明磷在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土壤pH值、土壤有机质、矿物态氮和有效磷等养分含量,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钙、镁、钾和钠含量,同时降低土壤交换性铝和交换性H+含量。本文还通过土柱淋滤试验考察SSBC对红壤有机质、NH_4~+、NO3-及磷酸根淋滤的影响。结果显示,SSBC能显著提高红壤对有机质、NH_4~+及磷酸根的保持能力,但是对N03-的保持能力没有显著作用。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X703;S156.2
【部分图文】：

逡逑３．２生物炭产率逡逑如图３－１所示，ＳＳＢＣ的产率随热解温度的升高而减小，热解温度从３００邋‘Ｃ逡逑上升至７５０邋Ｃ时，ＳＳＢＣ的产率从７９．１邋％降低至５６．６％。逡逑此外，热解过程中，随温度的升高，产率减少的趋势变小。热解温度为３００邋‘Ｃ逡逑时，原料质量减少的最多，接近２１％；温度从３００邋°Ｃ升至４００邋‘Ｃ时，质量减少逡逑量为１１．１％；此后每增加１００邋°Ｃ，质量减少量分别为４．２％、２．６％、２．８％、１．８％。逡逑这是因为污泥中有机质的炭化主要发生在２５０￣３５０邋°Ｃ（Ｈｏｓｓａｉｎｅｔａｌ，２０１１；邋Ｚｈａｎｇ逡逑ｅｔａｌ，２０１３），大量有机质分解为挥发成分或不凝性气体（ＣＸ）２、ＣＯ、也及ＣＨ４），逡逑留下各种形态稳定的Ｃ结构，产率大幅降低。随着温度的继续升高，有机质逐逡逑渐完全炭化

W１１逡逑图３－２邋ＳＳＢＣ的电镜扫描图（放大倍数为１００００倍）逡逑Ｐｉｇ．３－２邋ＳＥＭ邋ｐｉｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋化ｗａｇｅ邋ｓｌｕｄｇｅ邋ｂｉｏｃｈａｒｓ邋（ｍａｇｎ巧ｃａｔｉｏｎ邋ｂｙ邋１０，０００）逡逑７５（ＴＣ邋时减小为邋２２．６８邋ｍ２／ｇ。逡逑电镜扫描结果（图３－２）也可Ｗ看出，热解温度对生物炭产物表面形貌影响逡逑较大。３０（ＴＣ时，ＳＳＢＣ表面平滑，说明孔隙尚未完全形成，这与比表面积的测逡逑定结果一致；４００°Ｃ时，生物炭表面凹凸不平，有大量中小孔隙的存在，比表面逡逑积最大；温度为５００‘Ｃ、６０（ＴＣ、７００°Ｃ及７５０‘Ｃ时，生物炭表面粗髓程度加剧，逡逑孔隙分布更加无序，而且孔隙结构边缘有明显塌陷的趋势，这也与比表面积的测逡逑定结果一致。逡逑１９逡逑

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本文编号：2826533