生物炭添加对市政污泥蚯蚓堆肥的影响研究

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近年来我国市政污泥增长迅速,据统计,仅有大约30%能够得到安全处理,未处理的污泥导致了环境污染。传统污泥处理工艺包括填埋、焚烧和填海等。填埋处理周期长、占地面积广、堆肥厂周围恶臭散发。焚烧导致了大量有害气体的产生。污泥填海污染海洋且有害物质容易通过食物链进入物质循环从而威胁动植物甚至人类生命健康。但是,我国市政污泥中含有大量有机物,利用潜力高,处理后可以被用作肥料。堆肥处理能促进污泥减量化和资源化。其中,蚯蚓堆肥(vermicomposting)是利用蚯蚓和微生物,将有机废弃物进行分解并将其转换成腐殖质的处理方法。有研究证实了蚯蚓堆肥能够富集污泥中的重金属,产生有机肥。但是,污泥产生的渗滤液,不仅对蚯蚓产生毒害作用,而且形成蚯蚓难以生存的厌氧环境,导致蚯蚓存活率不高。通过添加各种钝化剂可以调节和改变污泥的物理和化学性质以达到改善污泥特性的目的。稻壳基生物炭作为无污染材料,在吸附净化土壤有害物质的同时,疏松土壤,防止土壤板结,具有含碳量高、透水性好、孔隙率大等特点,理论上可作为蚯蚓堆肥良好调理剂。但国内外关于稻壳基生物炭对蚯蚓堆肥处理市政污泥的研究较少。本文以稻壳基生物炭作为钝化剂研究了生物炭与蚯蚓联合堆肥对市政污泥的影响,为市政污泥减量化和资源化提供新的思路和方法。
  结果显示经过堆肥后污泥环境得到显著改善,堆肥产物pH经过堆肥后稳定在7.0左右,适合植物生长。电导率明显降低。堆肥产物总有机碳TOC和可溶性有机碳DOM含量都呈现下降趋势。铵态氮与硝态氮比值随着生物炭的增加而降低,添加含量为1%生物炭的S2组中的铵态氮/硝态氮比值在堆肥20天时最早达到0.16以下,说明生物炭的添加能有效促进堆肥腐熟进程。重金属镉、锰、铁、铬、铜、铅和锌等重金属经过堆肥后含量均有所下降,降低比例从最少1.62到最多46.76%。堆肥实验不仅证明了生物炭添加促进了蚯蚓堆肥对铬、锰、铁、镉、铜、铅和锌七种重金属在市政污泥中的减量化,而且证明生物炭的添加显著影响堆肥过程中重金属形态变化。一定含量生物炭的添加能促进堆肥过程中重金属向生物可利用性低的残渣态转变,实现污泥稳定化。在以不同堆肥产物作为吸附剂对模拟废水中Cu(Ⅱ)的吸附实验中,生物炭添加量为20%的S5组堆肥产物吸附量最大,可达35.58mg/g。吸附等温实验证明了堆肥产物吸附Cu(Ⅱ)的过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学实验证明了堆肥产物吸附Cu(Ⅱ)的过程符合准二级动力学模型。说明吸附过程主要是单分子层吸附占主导地位的化学吸附。
  其中,生物炭的添加能有效促进堆肥吸附剂对Cu(Ⅱ)的吸附作用。且堆肥吸附剂吸附含Cu(Ⅱ)的废水,温度宜选择35℃,吸附剂投加量为0.15~0.20g,含Cu(Ⅱ)的废水的初始浓度为200mg/L,pH选择4~5时吸附效果最佳。
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