微波热解制备污泥生物炭研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）微波热解制备污泥生物炭研究桂成民二〇一五年五月分类号：学校代号８４５１１ＵＤＣ：密级：２１１１２０７０２５：学号广东学硕士学位论文（工学硕士）微波热解制备污泥生物炭研究桂成民指导教师姓名、职称：李萍副教授魏源送研究员学科（专业）或领域名称：环境科学与工程学生所属学院：环境科学与工程学院论文答辩日期：２０１５年５月３０日ＡｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｏｎｔｏｆＤｇｄｇＵｎｉｖｅｒｓｉｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓ

2、ｔｅｒ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）ＭｉｃｒｏｗａｖｅＰｙｒｏｌｙｓｉｓｔｏＰｅｒｐａｒｅＳｅｗａｇｅＳｌｕｄｇｅＢｉｏｃｈａｒＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＣｈｅｎｇｍｉｎＧｕｉＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ａ．ＰＰｉｎｇＬｉ．Ｍａｙ２０１５ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６￡￡摘要随着污水收集，

3、、处理比率的提高如何妥善处理处置污水处理过程中产生的剩余污泥，避免二次污染，已成为环保界亟待解决的问题。本研究以城市污水处理厂的剩余污泥为研宄对象，通过微波热解方式制备污，并探索污泥生物炭特性及应用潜势泥生物炭。探索不同热解温度、添加不同化学活性剂对污泥生物炭特性的影响及微波热解过程污泥中重金属形态的变化规律，同时研究生物炭土地利用潜势及经活化热解所得生物炭对ＭＢ的吸附特性。温度显著影响微波低温热解制备污泥生物炭。随着热解温度的升高，生物炭的有机质含量由原干污泥的７４．３３％逐渐降至４５（ｒＣ条件下的５１．９９％，灰分含量％提高至°２７．２％４９０６％Ｃ元３５３

4、３ｗｔ４００（：则由增高至．。素含量由原干污泥的．．条件下的最大值４５．４８ｗｔ．％，同时表面形貌及比表面积等随着热解温度与热解条件而呈现不同的变化。通过分步提取法研宄微波热解对污泥中重金属形态的影响后发现：微波热解可使污泥中多种生态风险高的可溶解态与可还原态的重金属转化为生态风险小的性质稳定的残渣态。采用三种评价方法对生物炭的重金属潜在生态风险进行评一价，得出微波热解对重金属元素生态风险的影响存在，其中Ａｓ定的差异、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ对环境的生态风险明显降低，而Ｃｒ、Ｐｂ则不显著。ＫＯＨ的化学活化剂的添加，可以较显著的增加生物炭的比表面积，通过活２化在７

5、０（ｒＣ下ＢＥＴ比表面积最大，为４６７．２１ｍ／ｇ，在相同的热解温度下，不同活化剂活化下ＢＥＴ比表面积大小顺序依次为Ｋ０Ｈ＞ＺｎＣｌ２＞Ｈ２Ｓ０４＞梓檬＞ＨＰ０Ｍ３４ｏ污泥生物炭吸附性能测试结果表明，生物炭对亚甲基蓝的吸附与生物炭的比一，表面积有定的关系在相同的条件下，各活化剂下所得生物炭的吸附能力顺序为ＫＯＨ＞ＺｎＣｌ２＞Ｈ２Ｓ０４＞Ｈ３Ｐ０４＞＾檬酸。多数污泥生物炭对ＭＢ的吸附行为符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温方程，说明ＭＢ在生物炭表面并非为单分子层吸附。生物炭对ＭＢ的吸附更符合Ｌａｇｅｒｇｒｅｎ的二级动力学吸附，且由二级速率方程得出的平衡吸附量与实验所得的

6、平衡吸附量更接近。通过黑麦草种子发芽测试实验一，发现污泥生物炭对黑麦草发芽具有定的促进作用，ＳＣ３５０组发芽率达到了９８．１５％，比土壤对照组的８８．８９％要高出９．２６％。Ｉ广东工业大学項士学位论文通过黑麦草的种植，发现污泥生物炭的添加，对黑麦草生长无负面影响，而相对于直接污泥添加，添加热解后生物炭的试验组黑麦草生长状况良好。利用微波热解污泥制备生物炭可以实现污泥减量无害和资源化，通过热解不仅可以降低污泥农用的生态风险，辅助化学活化还可将热解所得生物炭作为廉价的吸附劍使用，具有较好的应用前景。关键词：污泥；热解；生物炭；微波；吸附ｎＡｂｓｔ

7、ｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｉｃｉｅｎｃ，Ｈｏｗｙｔｏｐｒｏｐｅｒｌｈａｎｄｌｅｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅａｎｄａｖｏｉｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｏｔｈｅｙｐｐｕｂｌｉｃｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍ