城市污泥与花生壳制活性炭的重金属形态分析及生态风险评价

采用BCR提取法对以污泥和花生壳为原料制备的活性炭进行重金属形态分析,利用原子吸收法测定污泥热解前后Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的不同形态含量.结果表明,污泥中Zn的含量最高,Zn和Cu的含量超过了污泥农用标准.热解可使污泥中的可溶解态和可还原态重金属转化为性质稳定的残渣态重金属,在此基础上,利用重金属潜在生态风险指数法(IR)对污泥活性炭的重金属潜在生态风险进行评价,结果得出花生壳添加量为20％,热解温度为600℃条件下,制备出来的活性炭风险最小.同时证实Cd的潜在生态风险系数较大,在利用时应引起足够的重视.     

污泥炭化温度和时间对重金属形态及作物累积的影响

【目的】降低污泥土地利用的重金属环境风险.【方法】采用不同炭化温度和时间研究污泥炭化产物重金属含量和形态,并结合盆栽玉米试验研究不同污泥炭化产物对玉米植株生长和重金属吸收的影响.【结果和结论】炭化温度是影响炭化产物重金属含量和形态的主因子,随着温度的升高,炭化产物重金属总量升高,Cu、Zn、Pb、Ni在350~500℃时增幅最大,而Cd和Cr在200℃时增幅最大;炭化产物中环境风险较大的可交换态和碳酸盐结合态重金属比例随温度的增加显著降低,但含量并非温度越高越低,炭化温度350℃对重金属Cu、Zn、Cd、Ni的钝化最佳,而对于含Pb毒性大的污泥则需采用500℃的炭化温度;盆栽试验结果表明,施用炭化污泥对玉米生长有显著促进作用,在等量施用条件下,炭化温度越高、炭化时间越长的产物促生效应越明显;与施用原污泥相比,施用经适宜的炭化时间和温度处理的炭化污泥能显著降低玉米植株体内重金属的累积量,降低重金属进入食物链的风险.     

热解温度对黑碳阳离子交换量和铅镉吸附量的影响

为探讨热解温度对秸杆燃烧物提取黑碳阳离子交换量和重金属吸附量的影响，在150～500℃范围24h热解小麦秸秆，提取黑碳，测定黑碳阳离子交换量（CEC）和黑碳吸附铅（Pb^2＋）和镉（Cd^2＋）量。结果表明，黑碳的CEC远低于矿物和腐植酸的，黑碳吸附Pb^2＋和Cd^2＋量也远低于矿物和腐植酸。Langmiur吸附方程能较好地描述黑碳对Pb^2＋和Cd^2＋的吸附.热解温度相同时，黑碳对Pb^2＋的最大吸附量显著大于对Cd^2＋的。热解温度由150上升到300℃时，黑碳CEC及黑碳吸附Pb^2＋和Cd^2＋量显著增大;热解温度由300上升到500℃时，黑碳CEC及黑碳吸附Pb^2＋和Cd^2＋量显著降低;黑碳CEC及黑碳吸附Pb^2＋和Cd^2＋量按如下热解温度顺序降低：300℃〉400℃〉500℃〉250℃〉150℃，这与热解中黑碳极性基团含量随热解温度的变化显著相关。     

Fe3+浸出污水污泥中重金属实验研究

在25 ℃,污泥浓度20 g/L条件下,以硫酸铁为萃取剂对两种污泥(W1＆W2)进行重金属浸出研究.结果表明,向污泥中投加硫酸铁能导致污泥酸化和污泥中重金属的溶出.投加量越大,污泥pH值降得越低,重金属的溶出率也越高.向W1中投加按Fe3 计算为1.5 g/L硫酸铁时,其pH值降至3.02,Cd,Cu,Zn溶出率分别可达到82.5%,70.9%和89.0%;向W2中投加4.5 g/L Fe3 ,其pH值降至3.19,Cd,Cu,Zn的溶出率分别可达到80.0%,88.2%和92.1%.在相同pH条件下,Fe3 比硫酸能更有效浸出污泥中重金属;用Fe3 浸提污泥中重金属能达到与生物淋滤法同等的溶出效果,并缩短了反应时间.用Fe3 浸出污泥中重金属具有一定可行性.     

污泥热解产物与可回收热值分布规律研究

[目的]研究污泥热解产物及其可回收热值的分布规律。[方法]采用固定床试验系统,研究了热解温度对污泥热解产物特性的影响,着重分析了热解温度对气体产物组成、热值以及热解液热值的影响,以及污泥热解产物质量分布与热量分布随温度的变化规律。[结果]热解温度越高,气体产物的产率越高,且抑制了热解液的生成。在450~850℃下恒温热解时,650~850℃下CH4产量稳定。随着热解温度升高,CO和H2析出量显著增加,单位质量污泥产生气体热值增加。随着温度升高,热解液热值先增加后降低,在550~650℃下热解时达最大值。气液产物总热值在650~850℃下热解时最高,850℃下热解时气体热值所占比例达69.5%。[结论]该研究为污泥高效热解能源化技术的实现提供了理论依据。     

烟台市污水处理厂污泥中重金属的形态分析

以烟台市城市污水处理厂的污泥为研究对象,测定了污泥中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg)的总量和各存在形态的含量,并对各存在形态进行了分析。结果发现:污泥中的重金属除Cd和Cu外,总量符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中污泥农用时污染物控制标准中的酸性限值。其中毒性较大的Pb、Cd、Hg、Cu多以稳定的残渣态和硫化物及有机结合态存在,不易迁移到环境中去。Zn、Cr多以铁锰氧化物结合态存在,分别占总量的79%和47%,对生物有潜在有效性。上述6种重金属可交换的离子态、碳酸盐结合态都很少,可以在pH>6.5的土壤中施用,但要加强对重金属污染源的控制和对施用土壤的监管。     

堆肥污泥对不同杨树品种重金属富集变化的影响1）

采用温室盆栽试验,研究堆肥污泥对两个杨树品种[凌丰三号（ Populus×euramaricanacl‘Lingfeng 3’）和欧美杨108号（Populus×euramericana‘Guariento’）]幼苗各部分重金属富集变化的影响,并分别设置低量污泥（15 t· hm－2,LS）、中量污泥（30 t· hm－2,MS）、高量污泥（60 t· hm－2,HS）和对照（不施污泥,CK）4个处理。结果表明：堆肥污泥对杨树幼苗Cu、Zn、As、Hg和Cd重金属富集变化的影响显著,且因品种、污泥用量、生长时期和植物各部分而异。 Cu、Zn、As、Hg 4种重金属则主要富集于根部,而Cd则主要富集于叶部,即由大到小的顺序,Cu、Zn和As的富集基本特征均为根、叶、茎, Hg 基本表现为根、茎、叶,而Cd基本表现为叶、根、茎。随着污泥用量的增加,在植物叶、茎和根部重金属富集态势大部分呈现递增趋势,且在根部表现尤为明显。速生杨植物修复污泥的重金属污染以及合理处置污泥,都将可能不失为一种有效措施。     

杨凌城市污泥重金属环境风险评价及合理施用量研究

为科学确定污泥施用量和评价污泥中重金属的环境风险,根据重金属不同形态的环境效应引入毒性响应系数确定了污泥的合理施用量,并采用单项污染指数、内梅罗综合指数和地积累指数对污泥中重金属的污染程度进行了评价.初步确定杨凌城市污泥合理施用量为4.04 t/（hm2·a）,Cd是限制该地区污泥施用的最主要因素,该方法突出了重金属形态的重要性,弥补了以往对重金属只进行总量控制的不足.     

污泥堆肥前后重金属Ni和Cd形态变化研究

[目的]研究堆肥化处理对污泥中重金属Ni和Cd的含量及形态的影响。[方法]通过添加木屑调节城市污泥的C／N比,进行堆肥化处理,研究堆肥前后重金属M和Cd的总量及形态分布变化。[结果]堆肥化处理后,明显改变了Ni和Cd的形态分布,明显降低了Ni的不稳定态含量,在一定程度上降低了Cd的生物有效性,起到一定的钝化作用,但使Ni和Cd的总量浓度略有上升。[结论]该研究为重金属的活性控制提供理论依据,从而提高污泥土地利用率。     

污泥-凹凸棒石共热解生物炭对矿区重金属污染土壤的钝化修复效果研究

通过钝化实验研究了在污泥中添加不同质量比（0、5%、10%、15%、20%、25%、30%）的凹凸棒石后制备的污泥-凹凸棒石共热解生物炭对矿区污染土壤中重金属的控制效应。结果表明：在矿区重金属污染土壤中添加污泥-凹凸棒石共热解生物炭后,土壤pH值随凹凸棒石添加量的增加而呈增加趋势,土壤电导率和阳离子交换量也整体呈现出上升的状态。加入污泥-凹凸棒石共热解生物炭钝化处理后,矿区污染土壤中Cu、Cd、Ni、Zn、Cr的TCLP提取态重金属含量均呈现下降趋势,钝化效率分别为94.71%、95.60%、91.75%、99.03%、96.65%;除Cu的DTPA提取态含量增加了5.93%~24.97%外,Cd、Ni、Zn、Cr的DTPA提取态含量也均有所降低,钝化效率分别为94.32%、94.75%、86.63%、90.02%、92.54%。酸溶态的Cd、Cu、Ni、Zn、Cr也向更加稳定的残渣态转化,其修复效率分别为42.50%、33.87%、57.92%、33.74%、42.36%,重金属的4种形态之和与重金属总量具有良好的一致性,一致率为82%~105%。根据土壤管控标准风险等级,重金属污染土壤钝化处理后,Cd、Cu、Ni、Zn、Cr均保持在低风险水平。Cd、Cu、Ni和Zn的潜在风险指数降低,虽然Cr的潜在风险指数有所升高,但是在所有处理条件下Cr的污染等级均为轻度。研究表明,在污泥中添加凹凸棒石增强了污泥生物炭对重金属的钝化性能。     

青葙对镉的超富集特征及累积动态研究

通过盆栽试验,研究了青葙(Celosia argentea Linn.)在0(对照)、1、5、10、15、20、25 mg·kg~(-1)七个浓度下对土壤Cd的耐受和富集特征,评价了青葙对CdCl_2、CdSO_4、CdCO_3、Cd(OH)_2、Cd S、Cd O和Cd(NO_3)_2等形态Cd的富集能力,并在Cd污染的水稻田土壤中测试了青葙体内Cd的动态累积过程。结果表明,青葙对Cd具有极强的耐受和富集能力,在土壤Cd处理浓度≤15 mg·kg~(-1)时,其生物量未出现显著下降(P0.05)。除对照外,青葙叶片Cd含量均高于100 mg·kg~(-1),并且转运系数和富集系数均大于1,符合Cd超富集植物的基本特征。实验同时发现,青葙不仅能大量富集水溶性Cd,对难溶性Cd也表现出很强的超富集能力,在外源添加Cd(OH)_2、CdS和CdO等难溶性Cd的土壤中,青葙叶片Cd含量分别达到134、102、90.20 mg·kg~(-1),表明青葙具有修复不同形态Cd污染土壤的性能。总体而言,青葙对Cd的累积量随时间增加而增大,但在第8~12周时,其地上部植株Cd的富集量增加不显著(P0.05),由此判断第8周是青葙收获的适宜时期。青葙收获期短这一特性,对于缩短修复周期,提高修复效率有重要的意义。由于青葙生长快速,具有较大的生物量,对Cd耐受和富集能力强,可以认为青葙是一种具有潜在应用价值的Cd超富集植物资源。     

污泥热解特性影响因素的研究

[目的]研究污泥的热解特性及其影响因素。[方法]采用热分析的方法研究升温速率、试验终温、污泥组分、颗粒粒径和氮气吹扫量等因素对污泥热解特性的影响。[结果]污泥热解可以划分为3个阶段:第一阶段是水分析出阶段(50～150℃);第二阶段是污泥失重的主要阶段(150～530℃),热解失重是由于有机物的分解引起;第三阶段(530～800℃)失重是由于无机物和残余有机物引起。污泥热解在第二阶段是放热过程。升温速率对污泥热解特性的影响主要表现在起始温度方面,而对峰温和失重率的影响较小;试验终温的影响则主要表现在污泥的失重率上,试验终温越高,污泥的失重率越高,而对热解起始温度的影响则可以忽略;污泥组分不同,表现出的起始温度、峰温和失重率等反映污泥热解特性的主要参数不同;污泥的粒径不同,反映热解特性的主要参数起始温度、终止温度、峰温和失重率等都存在明显的差异;氮气吹扫量对污泥热解参数基本没有影响,但随着氮气吹扫量的增加,污泥的失重率增加。[结论]该研究可为污泥的热处理方法研究提供理论依据。     

重金属Hg~(2+)和Cd~(2+)对活性污泥系统处理能力的复合影响

[目的]研究重金属Hg2+和Cd2+对活性污泥系统处理能力的复合影响。[方法]以污水处理厂污泥回流池中的絮状活性污泥为材料,使用人工配制废水,加入不同浓度的Hg2++Cd2+曝气培养20 h后,每隔5 h对出水理化指标和生物指标进行测定。[结果]重金属Hg2+和Cd2+的复合影响表现在MLSS和COD去除率的下降。随着试验组重金属浓度增加和试验时间的延长,Hg2++Cd2+各试验组出水的COD和MLSS等均有显著影响。[结论]Hg2+和Cd2+这两种重金属降低活性污泥的活性及其污水处理能力。     

三种不同生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸吸附特性的研究

以植物类生物质原料(玉米秸秆和毛杨树叶)、城市污泥两类原材料在400℃条件下制备生物质炭(秸秆、毛杨树叶以及城市污泥三种生物质炭分别表示为J400、Y400和W400),使用酸洗法去除生物质炭表面灰分优化生物质炭,采用批量吸附实验的方法分析三种生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸(简称2,4-D)的吸附特性,并结合元素分析及显微红外等分析方法,探讨生物质原料对生物质炭吸附2,4-D吸附特性的影响。结果表明:三种生物质炭的元素含量、O/C、H/C和(H+O)/C存在差异,大小顺序均为W400Y400J400,表明秸秆生物质炭具有更强的疏水性和更低的极性,有利于提高生物质炭对有机物的吸附能力。吸附试验显示秸秆生物质炭、杨树生物质炭、污泥生物质炭对2,4-D的吸附特性及吸附能力不同,吸附量大小依次为2.732、2.650、2.633 mg·g(-2)。三种生物质炭的红外光谱结果相似,但在O-H、饱和C-H和不饱和C-H面外振动等处存在差异;污泥生物质炭在吸附2,4-D后多处位点的吸收峰发生变化,而杨树和秸秆生物质炭发生变化的位点较少;污泥生物质炭与其他两种生物质炭对2,4-D的吸附机制差异较大。     

生物淋滤脱除污泥重金属镉的试验研究

城市污水污泥中含有植物所需的大量营养元素,农业资源化利用潜力巨大,但污泥中的重金属含量常常超标,重金属会在土壤和水体中迁移,对生态环境存在污染风险,有必要采取一定的措施脱除污泥中的重金属以提高污泥土地利用的安全性。针对石家庄桥西污水处理厂污泥含镉量高的特性,以单质硫、七水硫酸亚铁及其混合物为底物加入污泥中震荡培养,根据酸化效果筛选出最佳底物,通过对污水污泥加富培养和驯化制成接种物,初步研究了初始pH值、接种物浓度、转速对镉的脱除效果,结果表明,以7.5g/LS+2.5g/LFeSO4·7H2O为底物,含固率8%的污泥在初始pH值6.0,接种物浓度10%,转速180r/min的条件下淋滤60h,污泥中镉脱除率达94.6%。采用生物淋滤方法可以有效脱除污泥中的重金属。     

污泥中镉的形态分析及蚯蚓对镉的富集探讨

利用BCR三步分级提取法研究了污泥中镉的形态,并利用饲养法研究了蚯蚓对污泥中金属镉的富集效应。研究结果表明:各种污泥中Cd的含量并不高,工业污泥中Cd主要以迁移性较强的可还原态和酸溶态形态存在,而市政污泥中Cd主要以残渣态存在。蚯蚓对Cd有较强的富集能力,富集程度随污泥中Cd浓度的增加而增加,富集系数甚至高达16。蚯蚓对金属镉有一定的耐受性,当蚯蚓体内达到一定量的镉浓度后,金属镉会通过粪便排出体外。     

不同秸秆与城市污泥好氧堆肥过程中重金属质量分数及形态变化

以油菜、小麦、玉米和水稻秸秆为调理剂,与城市污泥混合进行好氧堆肥,研究了不同作物秸秆作调理剂对城市污泥好氧堆肥产品重金属质量分数及形态的影响.结果表明:好氧堆肥使堆体中Cd,Pb和Cr 3种重金属质量分数升高,使Pb,Cr可交换态质量分数及生物有效性降低,但不能降低Cd的生物有效性.其中,添加玉米秸秆有利于Cd的碳酸盐结合态向残渣态转化;添加油菜和水稻秸秆促进Cr分别向有机结合态和残渣态转化;添加玉米秸秆能有效降低Pb碳酸盐结合态质量分数,而水稻秸秆更有利于Pb向残渣态转化.表明4种秸秆作为调理剂对重金属形态的影响有一定的差异,对不同的重金属钝化效果不同,应根据污泥中的重金属选择合适的调理剂.     

城市污泥热解液体产物研究

利用外热式固定床反应器,在400～700℃温度范围内对城市污泥进行热解试验。结果表明,随热解温度的增加,热解液的产率逐渐升高,在550℃时达到最大值,但热解温度继续升高,热解液产率却不断减小;利用GC/MS联用仪对550℃时的热解油进行成分分析,其主要组分为杂环化合物(呋喃、吡啶等)的衍生物、酮类衍生物、苯酚衍生物、苯衍生物、长链脂肪烃衍生物和甾族化合物,其中胆甾烷和甲苯含量较高,分别达15.9%和11%。总之,利用热解法处理城市污泥是可行的,其热解油通过综合分析和分离提纯,可以作为潜在化工原料,具有较高的利用价值。     

施用城市污泥堆肥对土壤和青椒重金属积累的影响

采用盆栽试验方式,将污泥堆肥与农田土按不同质量比进行混合(0:100、1:99、5:95、10:90、20:80、40:60、80:20、100:0),研究施用不同量的城市污泥堆肥对土壤以及青椒器官重金属积累的影响,为城市污泥堆肥农田利用提供参考。试验结果表明:在污泥堆肥施用量为1%~5%的条件下,青椒的总干重随堆肥施用量的增加而增加,5%的污泥堆肥施用量使青椒的总干重达2.67 g·株^-1,果实重量达0.84 g·株^-1;施用量大于5%时,青椒植株总干重与果实产量均出现下降趋势。施用不同量污泥肥后青椒果实产量(干重)的大小顺序为5%> 10%> 20%> 40%> 1%> CK(无果实);随污泥堆肥施用量的增加,基质土中重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd呈显著增加趋势。在5%的施用量下,土壤及青椒果实中的重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni含量均未超过国家相关标准,表明5%的污泥堆肥是青椒的适宜施用量。     

木薯渣基生物质炭对水中Cd2+ Cu2+的吸附行为研究

以木薯渣为原料,制备不同温度(350、450、550℃)的生物质炭(BC350、BC450、BC550),对其性质进行表征,探究吸附时间、溶液初始浓度、温度、p H对生物质炭吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)作用的影响。结果表明:生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附平衡时间随着生物质炭热解温度的升高而缩短,伪二级动力学模型能较好地描述吸附动力学特性(R20.983)。吸附等温线符合Freundlich模型和Langmuir模型,但Freundlich模型拟合的线性更好,R2分别在0.951~0.998和0.992~0.998之间,说明生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附为多层吸附。lg KF值表示吸附能力,随生物质炭热解温度的升高而增大,说明BC550吸附效果最好,对Cd~(2+)、Cu~(2+)的最大吸附量分别为15.55和5.44 mg·g-1。生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附具有自发的特性,吸附量随p H的增加先增加后下降,最适p H分别为5.5和6.5。