【摘 要】
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将污泥在厌氧或缺氧的条件下高温热解不仅可以大幅度减少污泥的体积,彻底分解有机残余物质和杀死有毒有害的病原体,还可以获得生物炭,应用于重金属吸附。但污泥来源和热解温度等因素会影响生物炭性质、重金属的固定及其吸附。本文选用广州海涛环保公司未水热压滤的市政污泥作为原料,在400-1000℃下通过热解制备污泥生物炭,研究热解温度对其中重金属的固定、环境风险以及生物炭的理化性质影响;最后研究其对Cd（Ⅱ）和
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将污泥在厌氧或缺氧的条件下高温热解不仅可以大幅度减少污泥的体积,彻底分解有机残余物质和杀死有毒有害的病原体,还可以获得生物炭,应用于重金属吸附。但污泥来源和热解温度等因素会影响生物炭性质、重金属的固定及其吸附。本文选用广州海涛环保公司未水热压滤的市政污泥作为原料,在400-1000℃下通过热解制备污泥生物炭,研究热解温度对其中重金属的固定、环境风险以及生物炭的理化性质影响;最后研究其对Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能。结合批实验,对不同热解温度制备的生物炭吸附前后的材料进行元素分析、Zeta电位分析、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）表征,研究热解温度对Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）吸附动力学、热力学和吸附机理的影响。主要结论如下:（1）三级连续提取法（BCR连续提取法）得知,随着热解温度提高,重金属形态总体趋于稳定,但Cu、Mn和Pb在热解温度高于800℃时,会出现不稳定形态增多现象,可能是高温会破坏上述三种重金属稳定的结构。生态风险评估表明,污泥生态风险指标（RI）为787.02,具有极高的生态风险,500℃后RI降为低风险,1000℃后RI仅为7.54,因此热解有助于污泥中的重金属风险等级降低,总体来看500-700℃为最佳热解温度。（2）批实验表明,污泥生物炭对重金属Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附均符合准二级动力学,吸附过程由化学吸附为主导。热解温度为700℃制备的污泥生物炭（s BC700）对Cd（Ⅱ）和热解温度为500℃制备的污泥生物炭（s BC500）对Pb（Ⅱ）的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,并且热解温度和吸附量呈正相关,说明吸附过程为吸热反应。s BC700对Cd（Ⅱ）的饱和吸附量为149.53 mg/g;吸附最佳p H值为5.5;s BC500对Pb（Ⅱ）饱和吸附量为514.95 mg/g,吸附最佳p H值为7。（3）污泥生物炭（s BC）对Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）吸附机理均包括静电作用、离子交换作用、共沉淀作用。不同的是s BC700对Cd（Ⅱ）的吸附过程中,Ca S参与其中;共沉淀作用中有Si O44-参与。s BC500对Pb（Ⅱ）的吸附过程中,Pb（Ⅱ）会与Na+和Ca2+形成内表面络合物;C=C峰面积减少说明π电子在表面络合中起到一定作用。同时热解温度升高会加强共沉淀作用和离子交换作用,降低官能团络合作用。污泥制备污泥生物炭能进行污泥的减量化、无害化、资源化,达到变废为宝,以废治废的目的,最终实现污泥的资源化利用。
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