热解温度和时间对生物干化污泥生物炭性质的影响

污泥热解制备生物炭是一种很有潜力的污泥资源化处置方式,然而,生物炭产量和品质因污泥原料性质、热解条件(如热解温度、时间)的不同而存在显著差异。以生物干化污泥为主要研究对象,系统考察了热解温度及时间等热解因素对生物炭品质的影响。实验结果表明,随着热解温度的升高(300～700℃),热解时间的增加(2～4 h),生物炭产率均下降。低温热解(300℃)生物炭,偏酸性,而高温热解时(700℃)生物炭,偏碱性。生物炭N含量随着热解温度的升高、热解时间的增加而降低,而P、K及微量元素随着热解温度的升高,热解时间的增加而增加。DTPA浸提结果表明,高温热解明显降低了生物炭中微量元素的生物有效性。     

热解温度对污泥生物炭的表面特性及重金属安全性的影响

以一套中试干燥热解一体化处理设备,采用热解工艺,在300~600℃范围内对污水处理厂产生的剩余污泥进行了批处理,得到了系列污泥生物炭产品,并对其表面电荷、FT-IR图谱等进行了测试,对污泥及生物炭的重金属总量和DTPA可提取态进行了比较分析。研究表明,热解温度会影响生物炭表面电荷分布,而且在400℃时表面电荷分布最均匀。经热解反应后,污泥中的重金属总量虽然得到了一定程度的富集,但Pb, Zn, Cu, Fe和 Mn 5种重金属的DTPA-可提取态的含量大幅度降低,因此,污泥生物炭中的重金属被惰性化,降低了环境风险。     

热解污泥生物炭化学组成及环境效应研究进展

污泥是生物法处理市政污水、工业废水产生的副产物,产量大,且处理不当会造成生态污染。用污泥制备污泥生物炭,既能实现污泥资源化利用又能减少环境污染。对目前热解污泥生物炭制备和施用过程中产生的环境效应进行综述,着重讨论了热解污泥制备污泥生物炭过程中的元素(碳、氢、氧、氮、硫等)转化、污泥生物炭中重金属形态、吸附性质及土壤施用情况。系统地分析污泥生物炭从制备到施用过程的环境效应,有利于对其实际应用进行全面的环境风险评估。     

污泥连续式微波热解制备生物气

采用升温迅速的微波能作为热源,利用自主设计微波设备对含水率为82%（m/m）的湿污泥进行高温热解实验。采用单因素实验法,探究热解终温、停留时间、活性炭添加量对污泥热解生物气组分和含量的影响规律,确定连续式运行的最佳工况条件：热解终温900℃,停留时间50 min,活性炭添加比例为30%,热解功率1 600 W;在此基础上进行连续12 h微波高温热解实验,共热解污泥56 kg,产生生物气32.26 kg,热解油10.98 kg,固体残渣12.66 kg,产气转化率高达57.8%,生物气组分H2+CO含量高达67%,热解产物具有良好的工业利用价值。污泥热解生物气中H2S浓度超标10倍以上,而NH3浓度未超标,硫化氢的去除技术研究值得关注。     

响应面优化污泥-茶渣生物炭的制备

污泥和茶渣都是典型的固体废弃物。将污泥和茶渣制备成生物炭,采用响应面分析（RSM）的方法优化生物炭的制备过程,主要考察温度、茶渣污泥配比和停留时间的影响,以得率和碘值作为评价生物炭的指标。结果表明：影响污泥-茶渣生物炭得率和吸附碘值的因素次序是：制备温度 > 配比 > 停留时间,温度和时间的交互影响较为明显。生物炭制备优化的条件是：制备温度为300℃,配比为0.7,停留时间为1.8 h,模型预测的得率和碘值分别是54.47%和624.07 mg·g-1,而实际测定的得率和碘值分别（53.50±0.50）%和（605.72±8.62）mg·g-1,生物炭有作为吸附剂的潜力。可见,RSM方法用于优化污泥-茶渣生物炭的制备是可行和合适的。     

热解温度和时间对污泥生物碳理化性质的影响

污泥热解制备生物碳是一种环境友好的污泥处理处置途径。重点考察了热解温度及时间等因素对生物碳品质的影响。污泥取自厦门某城市污水处理厂脱水污泥（初始含水率为80%）,热解实验结果表明,随着热解温度的升高（从300～700℃）,热解时间的增加（2～4 h）,生物碳产率均下降;低温热解时（300℃）,生物碳偏酸性,而高温热解时（700℃）,生物碳偏碱性;生物碳N含量随着热解温度的升高、热解时间的增加而降低,而P、K及微量元素随着热解温度的升高,热解时间的增加而增加。DTPA浸提实验结果表明,高温热解能降低污泥生物碳中微量元素的有效性。     

污泥生物炭对土壤中Pb和Cd的生物有效性的影响

以污泥为原料,在500 ℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合X射线能谱（EDS）、环境扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）等表征手段,分析添加污泥生物炭后污染土壤pH和Pb与Cd化学形态的变化来探究污泥生物炭对土壤中Pb、Cd的固定效果,并用盆栽方式评估添加污泥生物炭对小青菜生物量及体内重金属含量的影响。结果表明：添加污泥生物炭后,污染土壤的pH随平衡时间的延长显著升高;对于单一污染土壤和复合污染土壤,污泥生物炭对Pb和Cd均有较强的固定作用,而污泥生物炭在复合污染土壤中对Pb的固定效果优于在单一污染土壤中;添加污泥生物炭能提高小青菜的生物量,且能有效降低小青菜对污染土壤中Pb和Cd的吸收。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪（EDS）、环境扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb2+、Cd2+浓度下污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb2+的吸附量最大,而Cd2+在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附量为RC500 > RC400 > RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb2+（14.39 mg·g-1）>Cd2+（1.45 mg·g-1）,污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

热解条件对硫酸钙/污泥基生物炭中Pb、Ni形态分布及生态风险的影响

以污泥为原料,硫酸钙为添加剂,采用热解法制备了硫酸钙/污泥基生物炭,考察了硫酸钙添加量、热解温度、升温速率及保温时间对生物炭中Pb、Ni形态分布的影响,并利用生态风险评价指数(RAC)对优化热解条件下制备的硫酸钙/污泥基生物炭中的Pb、Ni进行了生态风险评价。结果显示,优化热解条件为:硫酸钙添加量2.5%(质量分数)、热解温度750℃、升温速率2℃/min、保温时间15min。该优化热解条件下制备的硫酸钙/污泥基生物炭中的重金属Pb、Ni的生态风险分别为无风险、低风险,相对于污泥(低风险、中等风险)明显降低。     

热解含油污泥制备吸附剂及热解过程的优化

为资源化利用油田含油污泥,对高含油的孤岛采油厂含油污泥进行热解处理研究,以苯酚吸附值为基准对热解工艺过程进行优化,并采用ICP-MS、元素分析仪、气相色谱质谱仪和SEM对热解油品和残渣性质进行分析;正交实验和单因素实验结果相一致,热解最佳工艺条件为:N2保护下,热解温度550℃,热解时间4 h,升温速率10℃/min,此时苯酚吸附值为29.26 mg/g。通过对热解残渣苯酚吸附值为基准进行正交实验极差分析,热解温度的影响最大,其次是热解时间,最后是加热速率。SEM结果显示,热解含油污泥制备的固体残渣具有丰富的微米孔,可将其制备成多孔固体吸附剂。初步研究结果表明,含油污泥热解处理实现了无害化和资源化目的,满足国家节能减排的战略要求和农用污泥排放标准。     

工业废水污泥的热解及升温速率对热解的影响

利用热重分析法对印染、中药和废水处理厂3种典型工业废水污泥进行了热解动力学实验研究。结果表明,工业污泥是一种高挥发分、低固定碳和低热值的劣质燃料。经过消化处理的污泥灰分含量较高,挥发分含量变小。热解过程中有3个失重速率较高的阶段,以挥发分的析出为主。升温速率对热解的最终失重率有重要影响。升温速率增加,热解更剧烈,但最终失重率的变化趋势与污泥种类有关;为使热解效果更好,不同种类的污泥应选择不同的升温速率。不同种类的污泥具有不同的热解特性,印染污泥挥发分析出阶段有2次热解。中药污泥活化能最小,印染污泥挥发分第2次热解的活化能比第1次大幅增加。     

污泥生物炭的磷吸附特性

利用脱水污泥为原料在不同温度下热解制备污泥生物炭（sewage sludge biochar,SSBC）,研究SSBC的磷吸附特征。700℃下制备的SSBC（B700）具有最好的磷吸附性能（5.93 mg·g-1,以P计）,且效果优于其他类型的生物炭和活性炭,可以用作一种廉价的磷吸附剂。磷以稳定的形态吸附于SSBC上,SSBC吸附磷的机制主要是其表面的CaO和MgO与磷酸根结合形成稳定的磷酸盐沉淀。吸附条件优化表明,吸附温度升高促进SSBC对磷的吸附,SSBC吸附磷的适宜pH为6~8,共存离子CO32-对磷吸附具有明显的抑制。采用Langmuir方程、Freundlich方程及Langmuir-Freundlich方程均能较好地拟合B700对磷的吸附,表明磷在SSBC表面的吸附可能受多种机制影响。     

污泥生物炭制备过程中氮磷钾及重金属的迁移行为

采用固定床反应器对脱水污泥在热解过程中N、P、K及重金属的迁移行为进行了研究,以期获得营养元素N、P、K含量较高、重金属含量较低的生物炭,将其作为土壤肥料。结果表明,污泥样品中N主要以铵盐-N、蛋白质-N、吡咯-N、吡啶-N 4种形态存在,其中吡咯-N占总氮的45.22%,热解后各组分在生物炭中所占比例发生变化,其中吡咯-N的减少较为明显,800℃的污泥炭中减少到3.24%。随着热解温度由400℃升高到800℃,N在污泥炭中的含量逐渐降低,气相中的含量明显增加,但液相中在600℃后减少;P和K几乎全部集中在污泥炭中,其中400℃污泥炭中的P主要以焦磷酸盐形式存在、800℃时则主要以偏磷酸盐存在;重金属在污泥炭中出现不同的富集,其富集程度顺序为:Cu>Ni、As>Pb、Cr> Zn> Cd。     

镍基催化剂对污泥微波热解制生物气效能的影响

为实现污水污泥减量化、无害化及资源化的目标,在微波热解污水污泥基础上,进行了镍基催化剂对制取生物气效能影响的研究。采用元素分析对污泥元素进行检测,气/质联用分析(GC-MS)和气相色谱(GC)对热解生物气的组成和含量进行测定。实验结果表明,镍基催化剂的添加对微波热解污水污泥制取生物气有较大促进作用。5%添加量与800℃热解终温条件下具有最佳催化效果:生物气中H2、CO产量最大,H2产量由29 g/kg增加到35.8 g/kg,提升23.4%,CO产量由302.7 g/kg增加到383.3 g/kg,提升26.6%;同时催化剂还能提高热能利用效率,降低热解终温,即5%添加量在700℃热解终温时可达到空白800℃时的产气效果;镍基催化剂主要在500~600℃时发挥催化作用,加快了H2和CO的释放。微波热解污泥制取的生物气具有产量大、富含H2与CO等优点,可推动污水污泥的资源化进程。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd2+的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700 ℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd2+的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在 700 ℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd2+的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为 298.15 K 时,最大吸附容量为27.47 mg·g-1。污泥基生物炭对Cd2+的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd2+的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd2+的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

铁修饰的污泥生物炭对污泥脱水性能的改善效果

为改善城市污水处理厂污泥的脱水性能,采用铁修饰污泥生物炭作为助滤剂,与FeCl₃一起对污泥进行联合调理。以污泥净产率、污泥比阻和泥饼含水率评价污泥脱水性能;通过污泥Zeta电位、扫描电镜、EDS和泥饼可压缩性系数分析该方法的机理;同时,通过对污泥胞外聚合物、重金属以及总氯含量的分析,探究其调理污泥的环境风险,以明确该方法用于改善污泥脱水性能的可行性。结果表明,在500 ℃下制备的铁修饰污泥生物炭(30%)和FeCl₃(12.82%)联合调理时,污泥脱水的效果最佳;与仅用FeCl₃(12.82%)调理的污泥相比,污泥净产率升高了73.38%、污泥比阻降低了68.75%、泥饼含水率降低了9.03%。在较高温度下制备的铁修饰污泥生物炭,其孔隙结构更为发达、表面铁元素含量更高;与FeCl₃联合调理污泥时,更容易发生絮凝,从而使泥饼的渗透性能更好。而且,在联合调理的条件下,污泥中溶解型、松散结合型和紧密结合型胞外聚合物的含量均有所降低;污泥泥饼中重金属(Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)更为稳定,泥饼热解固相产物和非固相产物中总氯含量降低,环境生态风险更小。采用铁修饰污泥生物炭作为助滤剂,可改善污泥脱水性能,并具有实际应用的潜力。     

污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷及微生物群落结构的影响

为考察污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以餐厨垃圾为基质,设置4种不同接种比(inoculum to substrate ratio, ISR)的批次实验,以得到不同酸化程度的厌氧消化体系;检测空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组的产甲烷情况和微生物群落结构的变化。结果表明：当ISR=2时,生物炭对餐厨垃圾厌氧消化效果不明显;当ISR=0.5时,生物炭使其停滞期缩短28.9%左右;ISR越小,生物炭对酸化停滞时间缩短以及产甲烷速率提高的效果越明显。同时,生物炭可以促进Chloroflex,Proteobacteria,Bacteroidetes的生长,从而提高厌氧消化中间产物的产生。当ISR较大时,厌氧消化系统的产甲烷途径以乙酸利用型为主,投加生物炭可以促进乙酸型产甲烷;随着ISR减小,产甲烷途径有逐渐向氢利用型转变的趋势,同时Methanosacrina逐渐替代Methanosaeta利用乙酸产甲烷。本研究结果可为污泥基生物炭在餐厨垃圾厌氧消化的实际应用提供参考。     

磁性污泥基生物炭的制备及其对水溶液中氮磷的同步回收

以城市污泥为原料与MgCl₂和FeSO₄复合,并热解碳化合成磁性污泥基生物炭(MF-SBC),用于水中氮磷的同步回收研究,分别考察了MF-SBC投加量、初始pH、接触时间和共存离子对氮磷回收性能的影响,同时通过SEM、XRD、BET、XPS和FTIR表征了MF-SBC的组成、形貌和官能团等,并对反应过程进行了动力学拟合。结果表明,当MF-SBC投加量为0.3 g·L⁻¹、溶液初始pH为7、反应时间为720 min时,MF-SBC对水溶液中氨氮和磷酸盐的回收效果最佳,吸附量分别为103.12 mg·g⁻¹和205.07 mg·g⁻¹,并且MF-SBC对水中氨氮和磷酸盐的回收过程均符合准二级动力学模型。Ca²⁺、Na⁺、SO₄²对MF-SBC回收磷酸盐几乎没有影响,Ca²⁺和SO₄^2-对氨氮的回收有抑制作用。MF-SBC对氮磷的回收机制包括表面吸附、离子交换和鸟粪石沉淀,其中以鸟粪石沉淀为主。     

油田含油污泥热解制备烟气脱硫剂

为实现油田含油污泥深度资源化,针对高含油的孤岛采油厂含油污泥采用热解处理,回收油气资源的同时将热解残渣制备成烟气脱硫剂。以苯吸附值和热解残渣含油率为基准对热解工艺进行了优化,对热解油品和残渣进行分析,热解残渣经过后续处理进行了烟气脱硫性能评价。通过正交实验得到热解最佳工艺条件为:氮气保护下,热解温度550℃,热解时间4h,升温速率10℃/min。此时苯吸附值为60.12mg/g,热解残渣含油率为0.29%。最佳工艺条件下,热解油品产率可达10%左右,回收率大于65%,热裂解作用明显,热解油品的品质较好,产生的不凝气体可以作为洁净燃料气;热解残渣经过后续处理,可用于脱除烟气中的SO2,吸附脱硫能力较好,穿透硫容达到3%以上。     

热解终温对污泥热解残渣特性的影响

研究了热解终温对污泥热解残渣物理化学特性的影响,着重分析了不同热解终温下污泥热解残渣的比表面积、孔结构与吸附性能,并根据傅里叶红外光谱分析污泥热解残渣表面化学性质变化.研究表明,与污泥干燥基相比,污泥热解残渣中的水分、挥发分含量较低,灰分和固定碳含量较高;热解终温为500℃时,污泥热解残渣的总比表面积达到最大值20.1...