污泥是污水處理過程中的副產(chǎn)物。近年來,隨著污泥產(chǎn)量的不斷增加及污泥中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)和有毒有害物質(zhì)共存的特點,污泥的處理和處置任務(wù)更為艱巨。熱解是目前較有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N污泥處理方式,所得污泥生物炭(sewage sludge biochar, SSBC)可以作為吸附劑和土壤改良劑,從而效實現(xiàn)污泥資源化、減量化、無害化。本文以脫水污泥為原料,系統(tǒng)研究了不同熱解溫度下所制備的SSBC的理化性質(zhì)、磷吸附性能及改良紅壤的效果。試驗結(jié)果表明,熱解溫度能顯著影響SSBC的理化性質(zhì)。隨著熱解溫度的升高,SSBC產(chǎn)量降低,表面負(fù)電荷減少；低溫?zé)峤鈺r(300℃),SSBC呈微酸性,而高溫?zé)峤鈺r(大于300℃),SSBC呈堿性；SSBC中C、H、N含量隨著熱解溫度的升高而降低,而Ca、Mg、Al、Fe等重金屬元素含量隨著熱解溫度的升高而增加；熱解過程中,生物炭表面有機(jī)官能團(tuán)發(fā)生明顯變化,脂肪族基團(tuán)減少或消失,芳香性增加。本文還考察了SSBC對NH_4~+、NO3-和磷酸根的吸附效果。與其他生物炭相比,SSBC對NH_4~+和N03-的吸附能力較弱。然而700℃下制備的SSBC(B700)的磷吸附性能優(yōu)于其他類型的生物炭和活性炭,其吸附量達(dá)到了5.93 mg/g(以P計),可以作為一種廉價高效的磷吸附劑。磷主要是以穩(wěn)定形態(tài)吸附于SSBC上,SSBC中CaO和MgO與磷酸根結(jié)合形成穩(wěn)定磷酸鹽沉淀可能是其吸附磷的主要機(jī)制。吸附條件優(yōu)化實驗結(jié)果表明,吸附溫度升高可促進(jìn)SSBC對磷的吸附,SSBC吸附磷的適宜pH為6-8,共存離子C032-對磷吸附具有明顯的抑制。此外,Langmuir方程、Freundlich方程及Langmuir-Freundlich方程均能較好地擬合B700對磷的吸附過程,表明磷在SSBC表面的吸附可能受多種機(jī)制影響。培養(yǎng)試驗顯示,施用SSBC能在短時間迅速提高土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、礦物態(tài)氮和有效磷等養(yǎng)分含量,且SSBC施用量越大,制備溫度越高,效果越顯著。SSBC可交換態(tài)鹽基離子含量高,添加至紅壤能顯著提高其交換性鈣、鎂、鉀和鈉含量,同時降低土壤交換性鋁和交換性H+含量。本文還通過土柱淋濾試驗考察SSBC對紅壤有機(jī)質(zhì)、NH_4~+、NO3-及磷酸根淋濾的影響。結(jié)果顯示,SSBC能顯著提高紅壤對有機(jī)質(zhì)、NH_4~+及磷酸根的保持能力,但是對N03-的保持能力沒有顯著作用。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X703;S156.2
【部分圖文】：

逡逑３．２生物炭產(chǎn)率逡逑如圖３－１所示，ＳＳＢＣ的產(chǎn)率隨熱解溫度的升高而減小，熱解溫度從３００邋‘Ｃ逡逑上升至７５０邋Ｃ時，ＳＳＢＣ的產(chǎn)率從７９．１邋％降低至５６．６％。逡逑此外，熱解過程中，隨溫度的升高，產(chǎn)率減少的趨勢變小。熱解溫度為３００邋‘Ｃ逡逑時，原料質(zhì)量減少的最多，接近２１％；溫度從３００邋°Ｃ升至４００邋‘Ｃ時，質(zhì)量減少逡逑量為１１．１％；此后每增加１００邋°Ｃ，質(zhì)量減少量分別為４．２％、２．６％、２．８％、１．８％。逡逑這是因為污泥中有機(jī)質(zhì)的炭化主要發(fā)生在２５０￣３５０邋°Ｃ（Ｈｏｓｓａｉｎｅｔａｌ，２０１１；邋Ｚｈａｎｇ逡逑ｅｔａｌ，２０１３），大量有機(jī)質(zhì)分解為揮發(fā)成分或不凝性氣體（ＣＸ）２、ＣＯ、也及ＣＨ４），逡逑留下各種形態(tài)穩(wěn)定的Ｃ結(jié)構(gòu)，產(chǎn)率大幅降低。隨著溫度的繼續(xù)升高，有機(jī)質(zhì)逐逡逑漸完全炭化

W１１逡逑圖３－２邋ＳＳＢＣ的電鏡掃描圖（放大倍數(shù)為１００００倍）逡逑Ｐｉｇ．３－２邋ＳＥＭ邋ｐｉｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋化ｗａｇｅ邋ｓｌｕｄｇｅ邋ｂｉｏｃｈａｒｓ邋（ｍａｇｎ巧ｃａｔｉｏｎ邋ｂｙ邋１０，０００）逡逑７５（ＴＣ邋時減小為邋２２．６８邋ｍ２／ｇ。逡逑電鏡掃描結(jié)果（圖３－２）也可Ｗ看出，熱解溫度對生物炭產(chǎn)物表面形貌影響逡逑較大。３０（ＴＣ時，ＳＳＢＣ表面平滑，說明孔隙尚未完全形成，這與比表面積的測逡逑定結(jié)果一致；４００°Ｃ時，生物炭表面凹凸不平，有大量中小孔隙的存在，比表面逡逑積最大；溫度為５００‘Ｃ、６０（ＴＣ、７００°Ｃ及７５０‘Ｃ時，生物炭表面粗髓程度加劇，逡逑孔隙分布更加無序，而且孔隙結(jié)構(gòu)邊緣有明顯塌陷的趨勢，這也與比表面積的測逡逑定結(jié)果一致。逡逑１９逡逑

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本文編號：2826533