污水污泥生物炭生产的陶粒中重金属的固定化外文翻译资料

 2021-12-30 10:12

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污水污泥生物炭生产的陶粒中重金属的固定化

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Science of the Total Environment

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Jie Li a,b, Guangwei Yu a,⁎,1, Shengyu Xie a,b, Lanjia Pan a,b, Chunxing Li a, Futian You a, Yin Wang a,⁎

a 中国科学院城市环境研究所城市污染物转化重点实验室，厦门 361021

b 中国科学院大学，北京 100049

强调

  • 污泥生物炭陶粒直接使用污水污泥生物炭成功生产。bull;
  • 重金属在污泥生物炭陶粒中固定良好，没有环境风险
  • 重金属固定主要与新晶相的形成有关。

文章信息

文章历史:

收稿日期：2017年12月18日

收到修订建议：2018年1月27日

接收文章：2018年2月3日

发表文章：2018年2月9日

编辑: Baoliang Chen

关键词

污水污泥生物炭

陶粒重金属形态演变

环境风险评估

固定机制图形概要

摘要

由污水污泥生物炭（SSB）制备陶粒。研究了污泥生物炭陶粒（SBC）中重金属（HMs）的迁移，形态演变，浸出毒性和潜在环境风险。污泥生物炭陶粒的特性符合中国轻质骨料标准（GB / T 1743.1-2010和JT / T 770-2009）的要求，重金属：（Cu，Zn，Cr，Pb和Cd）固定良好。 污泥生物炭陶粒中重金属的浸出百分比显着降低，特别是在400℃ 预热和1100℃烧结后。C。Cu，Zn，Cr，Cd和Pb的浸出百分比分别从（19.099,18.009,0.010,3.952和0.379）%降至（2.122,4.1002,0.002,1.738和0.323）%。污泥生物炭陶粒中重金属的评估重金属污染的风险评估值均低于1％，风险指数（RI ）表明污泥生物炭陶粒在环境中使用时没有重金属污染和极低的潜在生态风险。此外，重金属-固定机制主要涉及通过掺入重金属形成新的晶相（硅酸盐和磷酸盐矿物），以及在表面上用低浓度的重金属进行玻璃化和包封。这项工作具有极低的浸出毒性和低的潜在生态风险，为污水污泥生物炭的大规模再利用提供了一种有用的方法。

copy; 2018 Elsevier B.V. All rights reserved.

介绍

随着城市化的快速发展，废水处理厂每年都会产生大量的污水污泥（污水污泥）。

⁎ Corresponding authors.

E-mail addre污水污泥es: gwyu@iue.ac.cn (G. Yu), yinwang@iue.ac.cn (Y. Wang).

1 Co-first author.

在中国， 自2015年以来已生产gt; 60百万吨城市污水污泥（含水量80％）（Jin等，2016）。此外，公众意识促进了新型环保技术的发展，以最大限度地减少污水污泥对环境的影响。污泥热解/碳化在惰性气体中的热处理过程，已被证明是一种有前景的污水污泥治疗技术。它可以消除污水污泥中几乎所有的病原体和有机污染物，热解后污水污泥的体积显著减少，并保留生物炭（ Dou等，2017）。由中国科学院城市环境研究所在厦门建立了一个中规模的水热处理污水污泥（每天30t-污水污泥）热解的工厂开发

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.02.036 0048-9697/copy; 2018 Elsevier B.V. All rights reserved.

了一种结合水热处理和热解的污水污泥处理技术。（J. Li等，2017;CX Li等，2017）。对于处理污水污泥生物炭应用的普遍方法是将其用作土壤中的肥料，并研究污水污泥生物炭对土壤中重金属（重金属）迁移的影响（Khan等人。 2013）。然而，我们之前的研究表明，污水污泥中的重金属在水热处理和热解过程中发生富集（Wang等，2016），并且污水污泥生物炭的大规模利用受到污水污泥生物炭中高浓度重金属的限制（Lucchini等，2014 ; Van Wesenbeeck等，2014 ）。污水污泥生物炭中的重金属可以通过植物和微生物的作用迁移，这可能导致潜在的土壤和水污染。因此，迫切需要找到大规模利用污水污泥生物炭的其他可行方法。

陶瓷被认为是一种有前景和广泛应用的方法，用于处理各种危险废物包括污泥，泥浆，污染的土壤，灰尘和其他颗粒物质。据报道，污水污泥可用于生产陶瓷（ Kizinievič等，2016 ; Xu等，2008b Xu等，2010）。然而，直接使用污水污泥生产陶粒有一些缺点：（1）污泥成分复杂，包括可在烧结过程中转化为气态污染物（二恶英和多环芳烃）的病原体和有机污染物。（2）成本高，运输对于含水量高的大量污水污泥具有挑战性

污水污泥的热解得到的污水污泥生物炭具有较少的体积，水和有机污染物。更重要的是，污水污泥生物炭的成分主要是SiO2，Al 2O3，Fe2O 3CaO MgO和K2O Na2O，它们在陶粒材料的生产中起着重要作用（J. Li et al，al，2017a ）。因此，污水污泥生物炭的特定性质使其易于用作生产陶粒的原料。此外，用于生产陶粒的高温可以将重金属捕获在耐用的金属矿物相中（Xiao et al。，2015 ;Xu等，2010 ）。此外，陶粒材料通常表现出高渗透性，耐热变化性，孔隙率，比表面积和耐化学性。这些特征导致陶粒被广泛用作环境保护的过滤材料或作为轻质骨料等建筑材料（Han等，2011 ; Qiu等，2010 ; Xu等，2008a）。

为了大规模利用污水污泥生物炭，开发了一种利用污水污泥生物炭制备陶粒的工艺，并根据中国轻质骨料标准（GB / T 1743.1-2010和JT / T 770-）评价了陶粒作为轻质骨料的可行性。。此外，还研究了重金属的迁移，形态演变，浸出毒性和潜在的环境风险。通过扫描电子显微镜（SEM），能量色散谱（EDS）和X射线衍射分析（XRD）研究了重金属在污泥生物炭陶粒中的固定机制

材料和方法

物料

本研究中使用的污水污泥生物炭来自中国福建省厦门市污水处理厂城市环境研究所建立的中规模工厂。将污水污泥生物炭在旋转炉中在600 ℃下热解30分钟，该脱水污泥在先前的水热处理（180℃，30分钟）之后获得。污水污泥生物炭的最终和近似分析和主要化学成分如表1所示。

方法

污泥生物炭陶粒的制备过程

将污水污泥生物炭研磨并通过100目筛，然后与35wt％水混合。搅拌混合物并倒入造粒机中以制备直径为 10mm的原料颗粒。将原料颗粒预热并在105℃下在空气烘箱中干燥3小时后烧结（图1）。

表1

表1。最终和近似分析和污水污泥生物炭的主要化学成分。.

　项目

数值

　项目

数值

近似分析（wt％）

飞灰

82.65

灰分的主要化学成分（wt％）

SiO2

23.57

VM

5.62

Al2O3

15.94

FC

11.73

Fe2O3

19.86

最终分析（wt％）

C

8.21

MgO

8.55

H

0.21

CaO

6.87

N

0.3

Na2O

1.59

O

8.22

K2O

1.05

S

0.41

Other

5.22

a 以干重记算; O = 100 minus; (C H N S Ash).

为了确定预热和烧结温度对固定化重金属的影响，在400 ℃ 预热后，将原料颗粒在三个目标温度（1000,1050和1100℃）下烧结（指定为污泥生物炭陶粒400-1000，污泥生物炭陶粒400-1050和污泥生物炭陶粒400-1100），原料颗粒在3个预热温度（300,400和500℃）下预热，然后在1050℃烧结（指定为污泥生物炭陶粒300-1050，污泥生物炭陶粒400-1050和污泥生物炭陶粒500-1050）。在整个煅烧过程中，预热和烧结的停留时间均为30分钟，升温速率为10℃·min -1。最后在炉中冷却至30 ℃ 后获得五种污泥生物炭陶粒样品。

重金属的形态和残留分析

通过欧洲共同体参考局（BCR）（ Baig等人，2009）提出的三步连续提取方法测定样品中重金属（Cu，Zn，Cr，Pb和Cd）的形态。根据文献（Baig等人，2009）提取酸溶性/可交换级分（F1），可还原级分（F2）和可氧化级分（F3）。通过微波在酸性混合物（HNO 3：HClO 4：HF = 5：5：2，v / v / v）中消化后检测残留分数（F4）和重金属的总浓度（Wang等人，2016））

将所有提取的样品通过0.45mu;m膜滤器，然后用2％HNO 3稀释至恒定体积，并储存在4 ℃的冰箱中直至分析。通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS，Agilent 7500

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资料编号：[2791]

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