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.     

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.     

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.     

城市生活污泥蚯蚓堆肥过程中重金属形态变化特征

利用蚯蚓处理城市生活污泥,研究了蚯蚓处理对污泥重金属总量及形态的影响。结果表明:污泥经蚯蚓处理后,污泥的pH值、有机质、总氮均有不同程度的降低,污泥重金属Cu、Zn、Ni、Pb含量分别降低了19.05%、12.10%、10.77%、24.90%。BCR连续提取结果表明:Cu以可氧化态为主,Zn及Ni以可交换态和可还原态为主,Pb以残渣态为主。蚯蚓处理对污泥重金属可交换态及可还原态影响不显著,但大幅降低了Cu、Zn、Ni、Pb可氧化态含量,降幅分别为19.79%、92.57%、35.18%、78.31%。蚯蚓处理总体上降低了重金属Cu、Ni、Pb的生物有效性。     

污泥堆肥化过程中重金属Cu、Zn、Cd的生物有效性研究

向城市污泥中添加木屑调节C/N比,进行好氧堆肥化处理,研究堆肥化过程中污泥重金属Cu、Zn和Cd形态的分布变化,分析堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd的钝化效果以及钝化所需时间。结果表明:实验污泥经过54 d堆肥化后,污泥中重金属Cu、Zn和Cd的形态结构分布都发生了明显的改变,且它们的可交换态比例明显减少;Cu和Cd的不稳定态含量明显降低,Zn的不稳定态变化不显著,但堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd都具有钝化作用,且钝化Cu、Zn与Cd所需的堆肥时间分别为18,6,26 d。总体而言,堆肥化有利于这3种重金属中生物有效性高形态的向低的转化,有利于堆肥污泥作为肥料的资源化利用。     

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(P0.05),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(P0.05)。施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期时间内,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。     

城市污泥好氧堆肥过程中重金属的形态变化

污泥中重金属的含量和各重金属的生物有效性是污泥农业利用的重要限制因素.本研究对城市污泥进行了堆肥化处理,并采集不同阶段样品,通过顺序浸提法对样品中不同形态的重金属进行提取,分别利用原子吸收分光光度计测定Zn、Cu、Ni、Pb、Cd含量、分光光度法测定Cr和As含量.研究结果发现,与现有国际及我国污泥农用标准比较,所研究污泥中重金属含量均未超过允许的水平.污泥堆肥中Cu、Ni、Cd、Cr主要以残渣态形式存在,Cu、Ni、Pb、Cd四种重金属元素的可氧化态含量也相对较高,除Cd外,经过堆肥化处理后所有重金属的有效态含量均呈下降趋势,因此,堆肥可以促进污泥中的重金属稳定化,降低土壤的污染风险.     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

超声波对污泥蚯蚓堆肥有机质和重金属的影响

联合超声波破解技术、好氧堆肥技术及蚯蚓处理技术,对污水处理厂剩余污泥进行处理,探讨超声波预处理对污泥蚯蚓堆肥有机质降解和重金属的影响.结果表明：超声波预处理技术对污泥腐殖化程度表现出协同效应,最优TOC反应动力学常数为0.0084d-1,是对照组的2.1倍;胡敏酸和HA/FA平均增长率分别为97.4%和191.5%,是对照组的1.26倍和1.37倍;可轻度减少污泥堆体重金属含量,同时对蚯蚓处理阶段重金属富集存在缓减效应,但对各阶段重金属形态影响不显著;蚯蚓处理可明显降低重金属生物有效性,至处理结束Zn、Cu、Pb、Ni、Cd、Cr、Hg、As非稳定态平均占比较好氧堆肥结束时下降28.3%、29.5%、29.1%、35.2%、3.3%、25.3%、36.4%、21.9%.     

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.     

中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势

对相关研究结果的系统统计表明，Zn是我国城市污泥中平均含量最高的重金属元素，其次是Cu，再次是Cr，而毒性较大的元素Hg、Cd、As含量往往较低，通常在几个到十几个mg/kg范围内；70％统计样本的As含量在20ms／kg以内，而Cd、Cr、Ca、Hg、Ni、Pb、Zn含量则分别在2．8、250、417、5、75、130、1701ms／kg以内．我国城市污泥中的重金属含量普遍低于英美等发达国家，而且其中的重金属含量呈现逐渐降低的趋势．按照1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-84)，Zn是我国城市污泥中超标问题最突出的重金属，其超标率为55％；但按照2002年新修订的《城镇污水处理厂污染物排放标准(报批稿)》，Zn的超标率仅为9％．一方面，我国的土壤和儿童普遍缺Zn，另一方面，我国现行的农用污泥污染物控制标准对城市污泥中的Zn控制过于严格，而且也不尽合理，急需对其进一步完善，以合理解决城市污泥的处理处置途径，推动城市污泥的资源化和无害化利用．     

我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律

对由中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库报道的近30年来我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征和年代变化规律进行了分析. 结果表明:近30年来城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Pb)、w(Cr)、w(As)、w(Hg)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)平均值或中位值均符合GB 18918─2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时污染物控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布. 依据GB 18918─2002,1980─1989年我国城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中有w(Cd)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)超标,90%分位值中有w(Cd)、w(Pb)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标;1990─1999年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中除w(As)外其他重金属均超标;2000─2010年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中w(Cd)、w(Cr)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标. 从年代变化看,我国城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Cu)随年代逐渐下降,但w(Hg)、w(As)、w(Cr)、w(Zn)、w(Ni)、w(Pb)呈波动趋势. 近10年数据表明,我国城市污水处理厂污泥中w(Ni)、w(Cd)、w(Hg)超标倍数最高,在进行污泥处置时需要优先关注.      

污泥堆肥对重金属稳定化过程的影响研究

将重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)溶液添加到污水处理厂脱水污泥中进行堆肥,考察了污泥的堆肥过程对重金属稳定化的影响。分析发现:进入污泥后各重金属中可交换态+碳酸盐结合态的总占比顺序为Cd(72.31%)>Ni(65.83%)>Zn(33.67%)>Cu(19.49%)>Pb(7.40%)。说明Pb、Cu及Zn与污泥化学物质反应较快,而Cd及Ni的反应速率相对较慢。在整个过程中Pb形态达到稳定状态最快,Cu和Ni的形态稳定速度次之,Zn形态变化稍慢,Cd变化最慢。该结论可为污泥堆肥应用于土壤重金属污染治理的研究提供参考。     

菜籽饼生物炭中污染物赋存特征及其用于土壤改良的适宜性评价

生物炭作为土壤改良剂在农业生产活动中具有巨大的应用价值,但其自身携载的污染物可能会对环境产生影响,因而需要引起关注. 以菜籽饼为前体材料,采用厌氧炭化法于200~700 ℃下制备生物炭,研究了生物炭中PAHs(多环芳烃)、重金属及矿质元素的赋存特征,评估了施用生物炭的环境适宜性. 结果表明:生物炭中PAHs总量(以w计)为0.2~3.4 mg/kg,重金属及矿质元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Fe和Mn的全量(以w计)分别为8.9~23.3、149.9~372.1、1.1~1.9、<0.014、6.3~14.8、5.9~14.0、140.6~462.1和86.8~269.2 mg/kg. 所有生物炭的PAHs总量和重金属全量均低于我国、美国及欧洲国家的污泥农用控制标准(以上各国PAHs总量以及Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni全量的最低标准值分别为6、250、500、300、5、600和100 mg/kg),少数生物炭中易淋溶态Mn质量浓度超过以上国家的地下水或饮用水标准(各国的最低标准值为50 μg/L). 总之,高温(500~700 ℃)条件下制备的生物炭中PAHs总量及易淋溶态元素质量浓度较低,适宜在土壤中施用.      

热解时间对污泥炭特性及其重金属生态风险水平的影响

研究了热解时间（1,2,4 h）对污泥炭理化性质、结构和重金属总量的影响,并对污泥炭中重金属的生态风险进行了评价。结果表明:随着热解时间逐渐延长（1~4 h）,污泥炭产率和H/C均有不同程度的下降,而其灰分含量和比表面积都显著增加,污泥炭芳香化程度也明显提高。与原污泥相比,热解后污泥炭中各重金属（Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、Ni）风险系数均显著降低。当热解时间为2 h时,污泥炭中除Zn之外,其余5种重金属都呈低风险或无风险状态,该结果可为污泥无害化处理和资源化利用提供了参考。     

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.