【摘 要】
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市政污水厂运行产生大量剩余污泥,已经成为一个新的环境问题和挑战。污泥中富集大量的重金属,将在对这些污泥进行农用消解的过程中产生较高生态风险。本论文以每100℃为梯度热解制备的6种污泥生物炭为材料,研究不同温度（300℃-800℃）条件下污泥中重金属生物有效性和生态毒性的差异,藉此对于热解工艺作为污泥资源化利用的可行性和安全性进行科学评估。主要研究结果如下:（1）与污泥原样相比,热解处理后污泥生物炭
【基金项目】
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国家自然科学基金（21777148、21906148）；
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市政污水厂运行产生大量剩余污泥,已经成为一个新的环境问题和挑战。污泥中富集大量的重金属,将在对这些污泥进行农用消解的过程中产生较高生态风险。本论文以每100℃为梯度热解制备的6种污泥生物炭为材料,研究不同温度（300℃-800℃）条件下污泥中重金属生物有效性和生态毒性的差异,藉此对于热解工艺作为污泥资源化利用的可行性和安全性进行科学评估。主要研究结果如下:（1）与污泥原样相比,热解处理后污泥生物炭中重金属含量显著提高,各种重金属的富集系数从高到低依次为Ni(SB2500:264.5%)、Cu(SB1800:159.1%)、Mn(SB1800:147.5%)、Zn(SB1800:137.1%);然而,污泥生物炭中重金属形态由可交换态和酸溶态（F1）以及可还原态（F2）大量转化为可氧化态（F3）和残渣态（F4）,使得污泥生物炭中重金属的生物有效性和浸出毒性均显著下降,其中生物有效性下降最多分别为Cu(SB1300:88.6%)、Mn(SB1800:98.3%)、Ni(SB2500:91.5%)、Zn(SB1800:99.0%)。根据潜在风险指数（RAC）评价,重金属风险显著减小,其中降低最多为Zn(SB1800:35.5%),由高风险污泥转为无风险污泥生物炭。根据实验结果,500℃下热解污泥形成污泥生物炭的环境风险最低,效果最佳。（2）为明确污泥生物炭在土壤老化过程中重金属释放规律,本文进行了污泥生物炭与土壤混合培养实验。结果表明,与污泥相比,污泥生物炭在土壤中施用有效地促进施入物质中重金属离子由活化态向残渣态转变,降低了土壤的重金属污染风险。但污泥生物炭对于土壤中有效态N、P、K等营养元素的贡献将低于污泥原样,分别为N:3.69 mg/kg（W1C）、0.44 mg/kg（W1E）、1.95 mg/kg（W2C）、1.3 mg/kg（W2E）;P:3.3 mg/kg（W1C）、17.68 mg/kg（W1E）、11.6 mg/kg（W2C）、17.49mg/kg（W2E）;K:79.8 mg/kg（W1C）、122.6 mg/kg（W1E）、61.2 mg/kg（W2C）、148.4 mg/kg（W2E）。这可能是因为高温导致污泥中大量微生物死亡。（3）为了科学评估污泥生物炭的生态毒性,本文进行了污泥生物炭对小白菜种子发芽率影响试验。结果表明,SB1400、SB1700、SB2400、SB2500、SB2700和SB2800的种子发芽率高于80%;降低了对种子根长生长的危害,甚至促进根长的生长,其中SB1500和SB1800对小白菜种子根长的促进效果显著,分别为42.52%和44.72%;提升种子活力,400℃及以上温度热解形成的污泥生物炭种子发芽指数均高于50%,其中SB1500、SB1600、SB1800、SB2400、SB2500、SB2800的种子发芽指数均高于80%,分别为85.51%、95.01%、130.25%、101.74%、99.16%和121.85%,对种子基本无毒害作用,甚至完全无毒。
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