【摘 要】
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以污水污泥为原料制备生物炭（Sewage sludge biochar,SSB）,不仅能够实现有机固体废物的资源化利用,而且还可以为农业生产提供潜在的土壤改良材料。研究证实,添加有机辅料（如秸秆、木屑等）与污泥共热解能够显著改善SSB的理化特性。然而,热解温度和有机辅料添加条件（种类和添加率）对SSB的养分特性和重金属生态环境风险的影响及其内在机制尚不清晰。本文选择不同种类的有机辅料（芦苇秸秆、啤
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以污水污泥为原料制备生物炭（Sewage sludge biochar,SSB）,不仅能够实现有机固体废物的资源化利用,而且还可以为农业生产提供潜在的土壤改良材料。研究证实,添加有机辅料（如秸秆、木屑等）与污泥共热解能够显著改善SSB的理化特性。然而,热解温度和有机辅料添加条件（种类和添加率）对SSB的养分特性和重金属生态环境风险的影响及其内在机制尚不清晰。本文选择不同种类的有机辅料（芦苇秸秆、啤酒酒糟和木屑）,以不同的添加率（10%、30%和50%）与污水污泥混合,并分别于350°C和700°C的热解温度下制备了一系列SSB,进而对其基本理化性质、养分和重金属特性等进行研究。主要研究结论如下:（1）随着辅料添加率的增大,SSB的C含量大大增加;产率、灰分含量、p H值、电导率和H/C、N/C、O/C值均降低。此外,随着热解温度由350°C升至700°C,SSB的灰分含量、p H值和比表面积增加;产率、电导率、C、H、N、O元素含量和H/C、N/C、O/C值均降低。有机辅料添加率的增大和热解温度的升高,导致SSB的电导率降低、C含量升高、芳香性和稳定性增强,将有利于SSB在农业土壤中的长期应用。（2）随着热解温度由350°C升高到700°C,SSB的总磷、总钾、铁和NO3--N含量增加。随着有机辅料添加率的增加,SSB的总磷、总钾、铁、NO3--N和溶解性有机质含量降低;但当热解温度为700°C时,有机辅料添加可以提高有效磷和NH4+-N等速效养分含量。大多数情况下,有机辅料添加促进了SSB的养分保留,使其具有更大的养分回收潜力。（3）从溶解性有机质含量的角度来看,低温和低比例有机辅料添加条件下制备的SSB含有更高的溶解性有机质,因而更适合用作为土壤改良剂。但主成分分析综合质量得分的结果发现,热解温度是影响SSB质量得分的最主要因子,且高温和高比例有机辅料添加条件下制备的SSB具有最高的质量得分,三种辅料种类优先级依次为:木屑、啤酒酒糟和芦苇秸秆。（4）随着热解温度由350°C升高到700°C,SSB各重金属的总量浓度升高,潜在生物有效性（F3态）或无生物有效性（F4态）的重金属组分占比增大;随着有机辅料添加率提高,SSB各重金属总量浓度降低,而潜在生物有效性（F3态）或无生物有效性（F4态）的重金属组分占比同样增大。多数情况下,同一原料在700°C下制备的SSB的重金属生态风险低于350°C的。此外,有机辅料添加率在不同的热解温度条件下对SSB重金属生态风险表现出相反的影响:当热解温度为350°C时,随着有机辅料添加率增大,SSB重金属生态风险降低;当热解温度为700°C时,则相反。总体上,本研究制备的所有SSB的重金属生态风险值均极低,表明SSB用作土壤改良剂的环境风险很小。综上所述,有机辅料与污泥共热解是提高SSB利用潜力的有效手段,通过控制热解温度、辅料种类和添加率,可以优化SSB的特性,从而增强其土壤改良应用潜力。
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