稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.     

热解时间对污泥基生物炭中多环芳烃含量及毒性的影响

污泥基生物炭作为土壤改良剂,为污泥提供了一种可持续的资源化利用技术。但由于其中可能含有多环芳烃（PAHs）、重金属等污染物,具有潜在的环境风险,如何制备环境友好的生物炭成为后续利用的先决条件。设置热解温度为500℃,升温速率为10℃/min时,采用4种不同热解时间（1~4 h）制备污泥基生物炭,通过提取测试发现热解后PAHs均明显小于原污泥中的含量;各组分含量及PAHs总量均随着热解时间的增加先增大后减小。2 h的热解时间利于原污泥中有机质充分反应生成新的PAHs,因此PAHs总量达到最大值,超过农用限制;但由于未检出毒性最强的BaP及DahA,其毒性当量（TEQs）反而最低。1 h热解时间虽PAHs总量未超过农用标准,但TEQs最大,超过国际生物炭协会规定的阈值。综合PAHs含量和TEQs的限值,热解时间3,4 h制备的污泥基生物炭更具安全性。从节约能源的角度出发,建议选用3 h作为污泥基生物炭的热解时间。     

复合调理脱水污泥热解残渣中重金属形态分布

市政污泥热解可实现无害化与能源转化,而了解重金属在热解残渣中的形态分布显得尤为重要。该文以原泥(RS)、复合调理剂深度脱水泥饼(FS)为研究对象分别进行了不同温度(500、600、700、800和900℃)的热解实验,分析了污泥、热解残渣样品中Cu、Zn、Cr、Pb、Cd 5种重金属元素含量,并采用Tessier形态逐级提取法进一步研究了污泥、热解残渣样品中重金属形态分布规律。结果表明:污泥热解后,重金属在热解残渣中有不同程度的富集,原泥直接热解后Cu和Zn富集效果更明显,而FS中Cr、Pb和Cd富集作用更显著。热解残渣样品中各重金属元素(Cu、Zn、Cr、Pb、Cd)均比其在原泥中以更加稳定的形态存在。     

市政污泥热解过程中重金属迁移特性及环境效应评估

以昆明某市政污泥为原料,研究生物炭制备过程中重金属Fe、Zn、Mn和Ni的迁移特性,并基于其潜在环境风险确定污泥基生物炭制备的最佳热解温度.本实验选择总量较高的4种重金属Fe、Zn、Mn和Ni,采用BCR提取法测定不同热解温度下4种重金属的形态和含量变化,得到各金属的形态分布变化规律和迁移路径,利用潜在生态风险指数（PERI）和风险评估代码（RAC）对污泥基生物炭进行环境风险评估.结果表明,4种金属的易挥发程度排序为Zn > Mn > Fe > Ni,4种金属形态分布情况和变化规律各不相同,但迁移路径具有共通性.在低温热解阶段,不稳定形态向稳定形态转化;随着温度的升高,可氧化态和残渣态逐步分解破碎,部分逸散到大气中,部分形成可还原态.在环境风险评估方面,高温条件（>500℃）下制备的生物炭环境风险较低,500℃制备的生物炭经济性最好.     

热解温度对浒苔基生物炭重金属特征的影响

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量较原料均有显著增加,而As和Hg含量均低于原料。总体上热解碳化可促进浒苔基生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd及As的挥发迁移趋势,但Pb则呈现富集趋势。此外,生物炭水溶态重金属含量低于原料,且热解温度与水溶态重金属含量呈负相关性,表明热解过程可降低这些重金属的溶出。     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

污泥生物炭在污泥好氧降解中的原位应用

在300,500,700℃下热解获得的污泥生物炭C300、C500和C700,分别添加至污泥中进行好氧降解反应,研究降解过程中污泥性质的变化,及反应前后污泥生物炭重金属含量的变化.结果表明,添加污泥生物炭提高了污泥降解产物的稳定性,降低了污泥中重金属的生物有效性.添加C300的产物稳定性最高、重金属生物有效性最低,相比对照工况,其产物的5日耗氧量降低了27%,Cu、Zn、As和Ni的生物有效性分别降低了24%、15%、26%和19%.反应后C300和C500中水溶性重金属含量没有显著变化,而C700中水溶性Cu、Zn和Ni的含量分别增加了16,94,4mg/kg. C300作为污泥好氧降解添加剂经济可行.     

高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响

温度是影响污泥热解产物性质的主要因素之一。研究了热解温度(550,700,850℃)对污泥炭性质、结构和重金属含量及其形态变化的影响。结果表明:污泥炭产率(55. 83%)和H/C(0. 05)在热解温度为850℃时达到最小值。而当热解温度为700℃时,其pH值、比表面积及污泥炭中各重金属总量与残渣态百分比(F4)均为最大值,同时其所含各重金属中生物有效态(F1+F2)的质量分数也均为最低值,即污泥中各重金属潜在的生态风险水平处于最低水平。而当温度升至850℃时,污泥中各重金属相对稳定态质量分数(F3+F4)有所减小,这可能是由于高温条件下金属易随热解气挥发所导致。故700℃是提升污泥炭质量和钝化污泥中重金属、降低其生态风险的最佳温度。     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度(350、450、550、650和750℃)的畜禽粪便生物炭产率、重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni)含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量(Cd除外)逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪猪粪渣牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

生活污水污泥制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果及其环境风险

采用厌氧热解方法由采自南京市生活污水处理厂的2种污泥分别在300、500和700℃下制备生物质炭,测定了污泥和污泥生物质炭的性质和重金属含量,研究了污泥和污泥生物质炭对酸性红壤的改良效果,并探讨了污泥炭中重金属的环境风险,以考察污泥生物质炭在红壤地区农用的可行性.结果表明,污泥和污泥炭中含有一定量的碱,添加污泥和污泥炭均可提高红壤的pH值,但污泥中有机氮的矿化和铵态氮的硝化会引起红壤pH波动.90 d培养实验结束时,500和700℃下制备的污泥炭的改良效果远高于污泥.污泥和污泥炭中含有丰富盐基阳离子,添加污泥和污泥炭提高了土壤交换性钙、镁、钾和钠含量,降低了土壤交换性铝和交换性H+含量.污泥制备成生物质炭后重金属含量有所增加,但除Zn和Cd外,Cu、Pb、Ni和As含量没有超过国家标准.与污泥相比,城东污泥炭中有效态重金属含量显著降低,说明热解过程可以降低有毒重金属的活性.90 d培养实验结束后,添加江心洲污泥和污泥炭处理之间土壤有效态重金属含量差异不显著;添加城东污泥炭处理,土壤大部分重金属的有效态含量低于添加污泥处理.因此,污泥生物质炭可以用作酸性土壤改良剂,与直接添加污泥相比,污泥生物质炭没有增加土壤重金属的活性和生物有效性.     

市政污泥热解过程颗粒物中重金属分布

以深圳市某污水处理厂的污泥为原料,研究了污泥热解过程产生的颗粒物及其中8种重金属的分布规律.结果表明,颗粒物的生成速率分别在400~600℃和1000℃保温30min的两个区间内达到峰值.8种重金属的热挥发性由大到小依次为Cd > Zn > As > Pb > Mn > Ni > Cu > Cr,而其在颗粒物中富集能力大小顺序为Pb > As > Mn > Zn > Cd > Ni > Cr > Cu.颗粒物重金属在热解气中的体积浓度随热解过程呈上升趋势,Zn和Cd则在升温阶段（1000℃以前）达到峰值后开始降低.研究表明,污泥热解颗粒物富集的重金属超标,因而污泥热解尾气颗粒物的去除装置十分必要.     

广州城市污泥中重金属的存在特征及其农用生态风险评价

分析了广州7种城市污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量,研究了其中5种污泥中重金属的形态特征,并利用地累积指数（Igeo）和潜在生态危害指数法（RI）对污泥农用过程中重金属的潜在生态风险进行了综合性评价. 结果表明,广州不同来源城市污泥中Cu、Zn、Mn、Ni含量较高,变化幅度较大,而Pb、Cr含量较低. 除一种污泥中Cu超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准（GB18918-2002）,但所有污泥中重金属含量都超过珠江三角洲耕地土壤均值.不同重金属在不同污泥中的形态分布差异较大. 其中,含工业污水污泥中Cu、Cr还原态占很大的比例,Pb、Fe主要以还原态和残渣态存在;生活污水污泥中重金属主要以可氧化态和残渣态存在,酸可交换态中Mn的比例较高,易还原态中Zn的比例较高;5种污泥中Cu、Zn、Mn潜在迁移性最强.Igeo和RI评价结果表明,污泥中Cu、Zn、Mn是潜在的强生态风险元素,污泥在农用过程中具有一定生态风险性. Igeo和RI用于污泥农用过程中重金属的生态风险评价是可行的,与其它评价方法相比较, RI能更好地反映污泥中重金属对生态环境的综合影响.     

广州市污水污泥中的重金属及其农用探讨

分析了广州市6种污水污泥中重金属(Zn,Cu,Pb,Cr,Mn和Ni)质量分数及其存在形态,并对污泥农业利用过程中施用的最大量进行了估算.结果表明:广州不同来源污水污泥中.(Cu),w(Zn),w(Mn)和,(Ni)较高,变幅较大,而w( Ph )和w( Cr)低.除一种污泥中w(Cu)超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准(G1318918-2002),但所有污泥中重金属质量分数都超过广州市农田土壤平均值.不同重金属以及同一重金属在不同污泥中的形态分布也不同,其中Zn,Mn和Ni的潜在迁移性强,Cu和Cr中的还原态占有很大的比例,污泥中Pb主要以还原态和残渣态存在.根据广州市主要旱地赤红色土壤静态环境容量和动态环境容量计算表明,污泥农用过程中Cu和Zn是主要监控污染元素,不同来源污泥的最大施用量有明显差异.为保证土壤环境的安全,建议将Cu和Zn作为控制城市污水污泥农用过程中最高施用量的计算参考指标.     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭; B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用.结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著.污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P 0. 05),钝化率达到16. 39%～43. 10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P 0. 05).施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著.     

中温厌氧消化与高温厌氧消化对污泥重金属风险及稳定性的影响

通过分析中温厌氧消化+机械脱水以及热水解预处理+高温厌氧消化工艺过程中重金属含量与形态的变化,研究了中温厌氧消化与高温厌氧消化工艺对污泥重金属风险、形态及稳定性的影响.结果表明,中温厌氧消化工艺增加了污泥中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,重金属污染等级和潜在生态风险增强.高温厌氧消化工艺降低了污泥Cd和Cr的含量,重金属污染等级和潜在生态风险降低.其中,N厂污泥主要致污染金属为Cd和Zn,S厂污泥主要致污染金属为Cd;Cd是6种重金属风险系数最高的,是污泥潜在生态危害的最大贡献者.中温厌氧消化后,污泥中Cd、Ni、Pb和Zn的可还原态和可氧化态所占质量分数之和降低;Cd、Cr、Cu和Ni的残渣态所占质量分数降低.可见,中温厌氧消化后,污泥重金属的潜在毒性和稳定态向直接毒性转化.高温厌氧消化后,污泥Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态所占质量分数降低;Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的残渣态所占质量分数亦降低,可见,高温厌氧消化后,重金属的直接毒性和稳定态向潜在毒性转化.     

苏州古城区域河道底泥的重金属污染分布及生态风险评价

本文分析了苏州古城区域20个代表性断面中8种重金属（Cd、Cu、Cr、As、Mn、Ni、Pb和Zn）的含量,评价了重金属的污染程度和潜在生态风险并甄别了污染来源.结果表明,苏州古城区域河道底泥中Cd、Cu、Cr、As、Mn、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为1.1、142.6、90.2、17.2、800.1、63.3、199.1和384.2 mg·kg^-1,超过江苏省土壤背景值的采样点比例分别为100%、100%、65%、95%、70%、100%、95%和100%.利用地累积指数评价发现,8种重金属元素污染程度依次为Pb > Cd > Cu > Zn > Cr > Ni > As > Mn,总体上Pb处于强度污染水平,Cd、Cu、Zn和Cr处于中强度污染水平,Ni和As处于轻度污染水平,Mn处于无污染水平.潜在生态风险指数评价显示,8种重元素的潜在生态风险依次为Cd > Pb > Cu > As > Ni > Zn > Cr > Mn,总体上Cd、Pb和Cu处于中风险水平,其余5种重金属处于低风险水平.古城区域内北部河道和南部河道底泥重金属的平均含量、地累积指数值和潜在生态风险指数值均大于干将河和环城河,水环境重金属治理应重点关注古城区域内部.相关性分析和主成分分析表明,Cd、Cu、Cr、As、Ni、Pb和Zn元素可能源于化肥、路面老化、轮胎磨损和尾气排放等人为因素,Mn则主要源于自然因素.     

锰矿区周边农田土壤重金属污染特征、来源解析及风险评价

为了解锰矿周边农田土壤重金属污染和生态风险情况,采集某矿区周边174份农田土壤样品,分析了土壤中8种重金属(Cu、 Zn、 Pb、 Cr、 Ni、 Mn、 As和Hg)的含量,采用主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分解模型(PMF)分析土壤重金属的来源,通过单因子污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法和人体健康风险评价模型评价土壤重金属生态环境风险.结果表明,研究区农田土壤Cu、 Zn、 Cr、 Ni、 Mn和Hg含量的均值均高于贵州省土壤背景值,100%样本Zn和38.86%样本Cu均超过农用地土壤污染风险筛选值.源解析显示农田土壤重金属的主要来源为矿业开采排放源,其次为农业活动和交通运输混合源、自然源和农业活动源.风险评价结果表明,土壤中Ni、 Cr、 Pb和As属于清洁水平,Hg和Cu属于轻度污染水平,Zn属于偏中度污染水平,Mn属于偏重污染水平.Cu、 Zn、 Pb、 Cr、 Ni、 Mn和As存在轻微潜在生态风险,Hg存在强潜在生态风险.研究区整体存在强潜在生态风险,8种重金属存在致癌风险和0～5岁儿童非致癌风险,主要贡献因子分别是Cr和Mn.     

Health risks associated with heavy metals in the drinking water of Swat, northern Pakistan

The concentrations of heavy metals such as Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb and Zn were investigated in drinking water sources （surface and groundwater） collected from Swat valley, Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan. The potential health risks of heavy metals to the local population and their possible source apportionment were also studied. Heavy metal concentrations were analysed using atomic absorption spectrometer and compared with permissible limits set by Pakistan Environmental Protection Agency and World Health Organization. The concentrations of Cd, Cr, Ni and Pb were higher than their respective permissible limits, while Cu, Mn and Zn concentrations were observed within their respective limits. Health risk indicators such as chronic daily intake （CDI） and health risk index （HRI） were calculated for adults and children separately. CDIs and HRIs of heavy metals were found in the order of Cr 〉 Mn 〉 Ni 〉 Zn 〉 Cd 〉 Cu 〉 Pb and Cd 〉 Ni 〉 Mn 〉 Cr 〉 Cu 〉 Pb 〉 Zn, respectively. HRIs of selected heavy metals in the drinking water were less than 1, indicating no health risk to the local people. Multivariate and univariate statistical analyses showed that geologic and anthropogenic activities were the possible sources of water contamination with heavy metals in the study area.     

不同类型施工降尘中重金属污染特征及健康风险评价

为了解北京市建筑施工降尘中重金属的污染特征及存在的健康风险,分别选择建筑物拆迁及主体建设两个研究区,共收集大气降尘样品25份,使用微波消解-电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测试了样品中8种重金属的质量分数.结果表明：Zn、Mn、Cu、Pb、Cr、Ni、Cd在建筑物拆迁降尘中的平均含量高于建筑主体建设降尘.建筑物拆迁降尘中Zn、Cr、Pb、Ni的扩散趋势与采样期间的主导风向一致;建筑主体建设降尘中Zn、Mn、Cr、Pb、Ni、As的高值区均出现在主体建设中心附近,并且有沿场地中心向四周扩散的趋势.健康风险评价结果表明,两个研究区内Zn、Mn、Cu、Pb经手-口、皮肤、呼吸3种暴露途径下的总非致癌风险对儿童的健康构成了威胁;手-口途径摄入是引起成年男性、成年女性、儿童等3类人群非致癌风险的主要暴露途径.无论是建筑物拆迁研究区还是主体建设研究区,降尘中致癌重金属Cr、As、Ni、Cd对人体的致癌健康风险均呈现出TCR（成年男性）>TCR（成年女性）>TCR（儿童）的规律,并且对3类人群构成的致癌风险均在可接受范围内.