不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600 ℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明:在500 ℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量增加,制备温度高于500 ℃后变化不明显;扫描电镜（SEM）、比表面积（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr（Ⅵ）为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr（Ⅵ）的性能有显著影响,最佳制备温度为500 ℃,在此条件制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的理论吸附量可达7.93 mg/g。     

污泥含碳有机官能团分布及其模型化合物构建

污泥有机结构体系中碳属于活泼元素,化学活性较强,能源转化处理过程时易发生热化学反应,对污泥能源转化产物的化学特征及生成规律有重大影响.本研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）开展了污泥含碳官能团分布特征分析,污泥中的主要含碳官能团为烯基（C-C）、苯环（π-π^*）、醚（C-O-C）、羧基（-COOH）.基于污泥中主要含碳官能团分布和污水中常见有机物组成,构建了污泥典型含碳官能团模型化合物：间二甲苯（π-π^*）,四氢呋喃（C-O-C）,乙酸（-COOH）和环戊烯（C=C）.此外采用热解仪与气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）对比分析了不同温度下污泥与含碳模型化合物的热解规律,验证了所构建的含碳模型化合物基本合理可靠.     

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。     

污泥的热解动力学特性研究

采用差示热天平获得造纸污泥和污水处理厂污泥的ＴＧ，ＤＴＧ，ＤＴＡ曲线，对污泥燃烧的物理化学过程进行了详细分析．差热曲线的计算分析表明，污泥热解反应是一个一级反应过程，据此获得了污泥的动力学参数———频率因子和活化能，最后得到污泥的热解动力学方程．     

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。     

含油污泥与污水污泥共热解特性及动力学研究

热解是危/固废处理处置的一种重要技术手段,热重及热解动力过程研究在快速提升原料热解特性认识上具有较大的参考价值。通过含油污泥、污水污泥及混合污泥热重分析发现,混合污泥和含油污泥的热解进程基本一致,污水污泥的掺入仅改变了混合污泥的热解程度。动力学分析表明,3种样品成分复杂,活化能均较低,热解初期反应强烈,随着有机组分反应逐渐热解完毕,反应级数趋于降低;通过分析3种样品各阶段活化能和频率因子发现,含油污泥和污水污泥的共热解在低温区的相互作用较弱,在高温区表现出一定的协同作用。     

制浆造纸厂污泥热分解特性及其动力学、热力学分析

热解技术在制浆造纸厂污泥的无害化、资源化、减量化处置方面具有很大的应用潜力。目前对制浆造纸厂污泥在热解过程的热解行为、热动力学特性和产品组成情况了解仍不全面。采用热重红外联用(TG-FTIR)、快速热解-气质联用(Py-GC/MS)技术,研究了制浆造纸厂污泥在不同加热速率下的热分解行为以及挥发性产物的释放特性,并采用多组分平行反应动力学模型、动力学补偿法以及主图法探究了有机物热解动力学。研究结果表明,制浆造纸污泥中的有机物质主要集中在温度范围为140℃至600℃之间进行热解,热解产物主要包括H₂O、CH₄、CO₂、CO、NH₃、酮、醛、羧酸、酚、芳烃、醚和醇类等物质。随着热解温度升高至600～900℃时,制浆造纸污泥中的CaCO₃将会分解,产生大量CO₂,同时CO₂会与热解炭反应生成CO。研究采用的4组分的平行反应动力学模型可以较好地描述制浆造纸污泥中的有机物分解过程。4个假组分的平均表观活化能分别为171.54、179.50、192...     

水葫芦/污泥共热解法制备生物炭粒及其对Cr3+的吸附特性

为了促进水葫芦和污泥的资源化利用,探究水葫芦/污泥生物炭粒的基本理化性质及其对水中Cr3+的吸附机制,以水葫芦、污泥为原料,在300~500℃热解温度下制得生物炭粒,通过产率分析、灰分分析、比表面积和孔径分析及SEM（扫描电镜）分析,同时利用吸附动力学模型和等温吸附模型对生物炭粒吸附水中Cr3+的内在机制进行研究,最后采用TCLP（毒性浸出法）测定了不同生物炭粒中重金属的浸出毒性.结果表明:随着热解温度从300℃升至500℃,生物炭粒的产率从14.93%降至11.75%,生物炭粒的灰分含量逐渐升高,比表面积增大.SEM结果显示,水葫芦与污泥质量比为1:10时,生物炭粒比表面积较大,孔隙结构明显.当水葫芦与污泥质量比为1:10、热解温度为500℃时生物炭粒对Cr3+的吸附量最大,为44.96 mg/g.热力学分析显示,生物炭粒对溶液中Cr3+的吸附以化学吸附为主,且为单层吸附.TCLP试验表明,水葫芦/污泥生物炭粒中各重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr）的浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限值.研究显示,添加水葫芦能改善生物炭粒的理化性质,使得生物炭粒对Cr3+的吸附量增大,以化学吸附为主,且为单层吸附,水葫芦/污泥生物炭粒浸出毒性较低,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

含油污泥热解资源化及过程污染控制研究进展及发展趋势

如何实现含油污泥的无害化处理和资源化回收，是目前石油生产领域面临的一个重大挑战。热解，作为一种在缺氧环境下热化学分解有机物的方法，在无害化处置和资源化利用含油污泥方面具有重大的应用潜力。含油污泥的热解资源化已经成为当前石油开采、提炼及环境保护领域的一个重要关注点，近年来相关研究十分广泛。本文综述了当前国内外学者对含油污泥热解资源化及过程污染控制技术的最新研究成果，以无害化处置和资源化转化含油污泥的热化学新技术为导向，对含油污泥热解资源化及过程污染控制进行全面深入的总结和分析，旨在揭示热解过程中含油污泥组分的增值转化过程及其机制、含氮含硫污染物的产生/转化和迁移途径及其相应机制，重点考察催化热解及共热解过程中的催化剂设计原则及反应工艺优化、含硫含氮小分子有机化合物的生成过程及其影响因素以及重金属元素的迁移转化等，并对其未来工业化规模应用前景和发展趋势进行了展望，以期为未来含油污泥无害化处置和资源化回收工作提供理论和技术参考。     

外卖塑料包装热解动力学研究——基于无模型和模型拟合法

在非等温条件下对外卖包装中的塑料组分进行热重实验,结果显示单组分聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯（PS）及其混合物（PP/HDPE/PS）的热解过程一步完成.针对混合塑料的复杂热解反应过程,提出了一种无模型方法和模型拟合法结合逐步获得完整动力学参数的方法,使结果更具可信度.采用无模型方法（K-A-S、F-W-O和Starink）研究了单组分及其混合物热解过程的动力学参数,得到PP、HDPE、PS和PP/HDPE/PS热解过程的平均活化能（E）分别为224.7,238.5,194.1和179.3kJ/mol.在升温速率为20K/min条件下,以无模型方法得到的活化能和模型拟合法（Malek和C-R）结果作为逻辑判定依据,总结了单组分及其混合物的热解机理均属于随机成核随后生长.分析了动力学参数间存在的补偿效应,并构建了补偿效应方程.本论文的研究可为外卖塑料垃圾热解工艺参数的优化和热解反应器的设计提供有力的支撑.     

湿式氧化处理剩余污泥反应动力学研究

针对剩余污泥湿式氧化处理过程。以污泥中挥发分的去除为目标污染物，进行了化工废水剩余污泥．炼油废水剩余污泥湿式氧化过程动力学研究，并对湿式氧化两阶段一级动力学模型和广义动力学模型的动力学进行求解。两阶段一级动力学模型说明化工污泥．炼油污泥湿式氧化过程均属于快速反应期接慢速反应期。但不同污泥其活化能和指前因子相差较大：而用广义动力学模型可以建立通用的剩余污泥湿式氧化反应速率方程，该模型应用于城市废水剩余污泥湿式氧化过程，计算值与试验值有很好的相关性（P^2≥0．98）。     

A+OSA污泥减量工艺碳元素平衡与减量机制研究

为深入研究OSA工艺减量途径,揭示其污泥减量机制,对缺氧-好氧-沉淀-厌氧(A+OSA)污泥减量系统和AO参照系统进行碳元素平衡分析,以考察贮泥池插入对减量系统的影响;辨识两系统各单元碳元素在固液气三相间的迁移转化途径,推测减量驱动机制.碳平衡结果表明,在贮泥池停留时间7.14 h时,碳元素在减量系统剩余污泥中的比例比参照系统高约50%,与减量系统达到49.98%的污泥减量效果相对应.贮泥池的插入能有效减少污泥产量.各单元碳元素变化量表明,减量系统缺氧池与好氧池(主体反应区)用于生物合成的碳元素量高于参照系统;贮泥池中污泥出现负增长,且释放CH4量较主体反应区有大幅增加.DGGE图谱证实了贮泥池中存在与污泥衰减有关的水解发酵型细菌.A+OSA工艺污泥减量是贮泥池污泥衰减和主体反应区补偿性增长共同作用的结果.     

污水厂污泥低温热化学转化过程机理研究

污水厂污泥低温热化学转化是可望达到能量平衡的污泥处理新技术。借助污泥与其转化产物的元素分析、污泥的热重分析和衍生油的GC/MS分析等手段,对该转化反应过程的元素转移、转化特征温度和反应机理进行了研究。认为过程的主要反应是脂肪族化合物的蒸发、蛋白质肽键断裂和基团转移反应,参与反应的主要成份是脂肪族化合物和蛋白质,其中前者参与反应的温度低于后者,而糖类化合物参与反应的温度最高。     

阴阳离子有机絮凝剂对污泥脱水效果的研究

为研究阴阳离子有机絮凝剂对污泥的脱水效果,在不同条件下分别向污泥中投加聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)和聚丙烯酰胺(APAM)。结果表明:絮凝剂浓度、过滤时间、p H显著影响污泥的脱水性能;污泥脱水最佳的絮凝反应条件为絮凝剂投加量为30 mg/L,污泥p H为5,真空抽滤时间为4 min;投加HCA和APAM的污泥都能取得良好的脱水效果,但HCA污泥脱水效果优于APAM。另外,吸附架桥是离子型有机絮凝剂高效絮凝的主要机理,电中和起辅助作用。     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

氧化钙在污泥处置方面的探讨

介绍市政污泥的现状及氧化钙在污泥脱水处理中的应用,对氧化钙和污泥反应机理进行分析,并例举了工程实例。     

给水厂污泥颗粒制备及对铜离子的吸附行为

将给水厂污泥和粘土以质量比1：2制备了一种新型污泥颗粒,考察其对溶液中铜离子的吸附行为.结果发现,污泥颗粒对水中铜离子具有良好的吸附效果,对铜的吸附量随时间增加而增大,180min时可达最大吸附量的85%左右,吸附过程符合准二级吸附动力学方程;Langmuir等温吸附方程式可较好拟合不同温度时的吸附数据,且温度越高,平衡吸附量越大.多种重金属离子共存时,污泥颗粒仍优先吸附铜离子.pH值可显著影响污泥颗粒对铜离子的吸附,pH<5时,污泥颗粒对铜离子的吸附去除率随pH值升高而增大,pH=5时吸附去除效果最好.采用扫描电镜、红外光谱等对吸附铜离子前后的污泥颗粒进行表征,发现污泥颗粒表面粗糙、孔隙发达,含丰富表面基团,能够通过静电吸引、羟基取代和表面络合吸附铜离子.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

全耦合活性污泥模型(FCASM3) Ⅰ:建模机理及数学表征

在充分分析活性污泥系统中生物反应机理的基础上,建立了活性污泥系统生物去除营养物质的细观机理模型--全耦合活性污泥模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.3,简称FCASM3).FCASM3将系统中微生物划分为8类菌群,包含31种组分、72个子过程;该模型的主要特点是将活性污泥系统中的微生物进一步细化,充分考虑了系统中微生物间的相互作用.FCASM3引入了硝化-反硝化过程中的中间产物亚硝酸盐.实现了对两步硝化-反硝化过程的模拟;FCASM3不仅包含聚糖菌的有关生物反应过程,而且还考虑了聚磷菌(非反硝化聚磷菌和反硝化聚磷菌)以及聚糖菌的厌氧维持过程,为直接体现温度对生物反应的影响,FCASM3将温度作为一个变量直接耦合到生物反应速率方程中.