城市污泥和水稻秸秆生物炭中多环芳烃的含量及毒性评价

作     者：刘丽 范世锁 张锡涛 顾凯业 LIU Li;FAN Shisuo;ZHANG Xitao;GU Kaiye

作者机构：阜阳师范大学物理与电子学院安徽阜阳236037 安徽农业大学资源与环境学院安徽合肥230036 

出 版 物：《生态环境学报》 (Ecology and Environmental Sciences)

年 卷 期：2020年第29卷第9期

页      面：1874-1882页

核心收录：

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51809001) 安徽省高等学校重点项目(KJ2018A0125,KJ2018A0347) 

主　　题：污泥生物炭 秸秆生物炭 多环芳烃 热解温度 毒性当量 

摘      要：剩余污泥和水稻秸秆是典型的城市和农林固体废弃物,都是制备生物炭的理想原料。生物炭制备过程中可能会产生多环芳烃类物质(PAHs)。PAHs的含量及毒性评价可为生物炭的制备及应用选择提供重要的依据。目前,对比不同热解温度下剩余污泥生物炭和水稻秸秆生物炭中PAHs的含量及毒性评价的报道还较少。因此,文章以典型的固体废弃物——剩余污泥和水稻秸秆为原料,在300、400、500、600、700℃下进行热解,采用高效液相色谱法(HPLC)测定生物炭15种典型PAHs(多环芳烃)的含量,并采用毒性当量因子(Toxic Equivalent Factor,TEF)方法评价了生物炭的毒性特征。结果表明,在300—600℃内,污泥生物炭中多环芳烃生成量随热解温度的提高而降低,600℃时达到最低,质量分数为5.344 mg·kg−1,而在700℃下,质量分数达到了252.78 mg·kg−1。当热解温度在300—600℃时,秸秆生物炭中PAHs的质量分数随着热解温度的上升呈现降低的趋势;在600℃时热解无多环芳烃生成;而700℃时仅生成少量多环芳烃。低温热解时,污泥生物炭中更容易产生2环和3环多环芳烃,在高温热解时,则更容易生产4环和5环多环芳烃。热解温度为300—400℃时,污泥生物炭和秸秆生物炭以2环和3环PAHs为主;在热解温度为500—700℃时,污泥和秸秆生物炭中PAHs以4环和5环PAHs为主(600℃秸秆生物炭除外)。在300—600℃热解温度范围内,污泥生物炭的苯并[a]芘毒性当量浓度(TEQBaP)随热解温度增加而下降,600℃时,污泥生物炭的TEQBaP最低,为0.9781 mg·kg−1,而700℃制备的污泥生物TEQBaP最高,可达109.7608 mg·kg−1。300℃秸秆生物炭中3环PAHs对TEQBaP贡献最大,其他温度下制备的污泥和秸秆生物炭中,5环PAHs对TEQBaP贡献最高。热解温度为600℃时,污泥和秸秆制备的生物炭中PAHs含量均最低,且PAHs毒性当量浓度最小。因此,从PAHs含量和毒性角度考虑,600℃可作为剩余污泥或水稻秸秆制备生物炭的推荐温度(秸秆和污泥过0.18 mm筛,升温速率为10℃·min−1,停留时间为2 h)。