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热解及添加生物质辅料对污泥中重金属的固定效应及生态风险评价
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作者：金俊伟
摘要：为了评估热解及外源物料添加对制备的污泥基生物炭中重金属的固定效应及其潜在的生态环境风险,本文研究了热解温度及添加竹屑、稻壳对污泥炭性质、结构和重金属含量及形态的影响。笔者通过自行研制的热解炭化炉,对干化污泥、污泥与等质量比竹屑和稻壳混合之后在400-600oC的范围内进行热解,制备得到不同热解温度污泥基生物炭。应用傅里叶变换红外线光谱(FTIR)和扫描电镜等技术,对热解前后母料和生物炭的元素组成、主要官能团及其表面结构和形态变化进行了对比研究；同时,采用BCR顺序提取分析其所含重金属赋存形态的改变,藉此评估热解温度及外源物料的添加对污泥炭中重金属的固定效应及其潜在生态环境风险,为污泥炭的实际应用的可行性提供理论基础。研究结果表明,随着热解温度逐渐升高,污泥基生物炭的H/C比显著降低,而其pH值、灰分含量以及比表面积都显著增加；FTIR分析也证实了其元素H和N的含量随着热解温度的升高而显著降低,而生物炭芳香化程度则明显提高(炭稳定性增强)；同时,其所含重金属存于生物有效态的浓度百分比显著降低,而其存于可氧化态和残渣态的浓度百分比明显增加,这说明热解温度的升高可有效降低污泥中重金属潜在的生态风险水平。与以纯污泥为母料相比,添加竹屑和稻壳与污泥共热解,使得污泥炭的产率、H/C比和灰分含量百分比进一步降低。由于外源物料的稀释作用,其所含重金属总量浓度呈现明显下降趋势。更为重要的是,添加竹屑和稻壳与污泥共热解所得污泥基生物炭中重金属存于生物有效态的浓度百分比比纯污泥基生物炭又有显著下降,而其所含重金属存于可氧化态和残渣态浓度百分比进一步上升,这说明使用混合物料(污泥+农林生物质)生物炭的潜在生态风险更低。此外,添加稻壳与污泥共热解对污泥炭中重金属的固定作用要优于添加竹屑。展开
关键词：城市污泥；热解；生物质炭；农林废弃物；重金属；BCR；生态风险
学位级别：硕士
DOI：CNKI:CDMD:2.1017.273814
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