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焦化污泥炭重金属风险分析及其用于焦化废水处理研究

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中国环境科学 2024年

作者：余丽宇晓虹朱嘉讯药钰王莉赵颖卫皇曌太原理工大学环境科学与工程学院中国科学院大连化学物理研究所

以焦化污泥制备焦化污泥炭，研究在炭化和硝酸改性过程中重金属形态变化和风险评价，并探索改性焦化污泥炭用于焦化废水处理的效能.焦化污泥(CWS)含有较多灰分，焦化污泥炭(CWS-C)含铁量高但比表面积小，改性焦化污泥炭(CWS-N)仍含有较... 详细信息

以焦化污泥制备焦化污泥炭，研究在炭化和硝酸改性过程中重金属形态变化和风险评价，并探索改性焦化污泥炭用于焦化废水处理的效能.焦化污泥(CWS)含有较多灰分，焦化污泥炭(CWS-C)含铁量高但比表面积小，改性焦化污泥炭(CWS-N)仍含有较多的铁且比表面积增大.CWS中Cr和Ni重金属含量远高于其他几种重金属，通过炭化和活化后，生态风险因子(RI)从122.79降低至33.70，说明CWS-N重金属污染风险很低.与CWS-C相比，CWS-N具有多种铁物相，有利于Fe(II)/Fe(III)循环，能有效催化H2O2产生·OH，对焦化废水TOC的去除率高达66.3%. CWS-N上的活性组分铁的流失率低于0.5%，具有良好的催化稳定性.焦化废水中溶解性有机物主要为木质素类、脂质类和稠环化合物类，含N、S化合物占81.1%，经CWS-N催化降解后可去除大部分有机物.

关键词：焦化废水污泥炭重金属催化降解

改性污泥炭活化过硫酸盐去除抗生素的研究进展

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应用化工 2024年

作者：黄文鼎邓子昀徐佳莹詹健李昕南昌大学资源与环境学院

近年来，由于抗生素在各领域的广泛应用，导致抗生素直接或间接进入环境中，危害环境和生物体健康。使用污泥炭活化过硫酸盐技术降解抗生素，是解决抗生素污染的有效技术途径，符合当前实现“双碳”和低碳经济的需求。但原始污泥炭活化... 详细信息

近年来，由于抗生素在各领域的广泛应用，导致抗生素直接或间接进入环境中，危害环境和生物体健康。使用污泥炭活化过硫酸盐技术降解抗生素，是解决抗生素污染的有效技术途径，符合当前实现“双碳”和低碳经济的需求。但原始污泥炭活化过硫酸盐能力有限，需要对其进行改性，从而实现环境中抗生素的高效降解。介绍了污泥炭改性方式的现状，对比分析了不同改性方式的优缺点，以及其活化过硫酸盐和降解抗生素的机理，在未来的研究中可采用多种活化方法联合协同使用，以及创新对污泥生物炭的改性条件，以此实现污泥生物炭对多种复杂抗生素高效降解。

关键词：污泥炭改性过硫酸盐抗生素降解机理

污泥炭强化人工湿地微生物燃料电池产电及典型全氟化合物去除性能的研究

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污泥炭强化人工湿地微生物燃料电池产电及典型全氟化合物去除性能...

作者：张富浩浙江科技大学

学位级别：硕士

大量的剩余污泥已经成为新的环境问题。热解可以实现污泥减量化、无害化和资源化。但污泥热解后的固产物--污泥炭,其最终处置路线不畅通,制约污泥的处理处置,亟需拓展污泥炭资源化利用的新路径。人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）是一... 详细信息

大量的剩余污泥已经成为新的环境问题。热解可以实现污泥减量化、无害化和资源化。但污泥热解后的固产物--污泥炭,其最终处置路线不畅通,制约污泥的处理处置,亟需拓展污泥炭资源化利用的新路径。人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）是一种可持续性实现污水资源化利用的新技术。但昂贵的阴极构建成本限制了CW-MFC的大规模应用。全（多）氟化合物（PFASs）具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移以及多种毒性效应,对全球生态环境和人类健康产生潜在危害。应用绿色高效、抗冲击能力强的CW-MFC控制水环境中PFASs污染是“双碳”战略下最具前景的技术之一,但其处理效率不足,亟需开发高效净化PFASs污染的CW-MFC技术。污泥炭具有高比表面积、良好的导电性和氧化还原活性、可吸附富集PFASs等特点,将污泥炭作为CW-MFC基质,既可以实现污泥炭资源化利用,又有望强化CW-MFC系统的产电和PFASs去除性能,“以废治污”,极具推广潜力。然而污泥炭对CW-MFC性能优化及对PFASs的去除性能仍存在不确定性,亟需深入探究。基于此,论文主要开展了以下三方面的研究:（1）对污泥炭进行了一系列物理化学以及电化学测试,证实了其在CW-MFC中的应用潜力。污泥炭表面的石墨氮和吡啶氮含量与其电化学性能呈现显著（P污泥炭氧化还原活性。污泥炭导电性能和氧化还原活性有利于增强CW-MFC的处理性能。因此选择氧化还原活性最佳的污泥炭（热解条件:600℃,1h）为基质填料,用于后续研究。（2）以污泥炭为基质构建CW-MFC,考察污泥炭对CW-MFC性能的影响。结果表明,污泥炭显著提升了CW-MFC阴极电势,系统最大功率密度44.64mW/m2,内阻为900Ω,COD去除率97±1.8%,均显著大于砾石CW-MFC（0.88mW/m2,2057.14Ω,81.6±2.6%）。此外,污泥炭显著改变CW-MFC微生物群落结构,富集了Geobacter菌属,强化系统对COD的去除性能。以污泥炭为CW-MFC基质,拓展阴极面积,富集功能微生物,强化了系统的产电和COD去除性能。（3）中国地表水中PFASs污染严重,且存在短链替代长链的趋势。全氟丁磺酸（PFBS）是地表水中检出频率最高的短链PFASs之一,因此本研究以PFBS为研究对象,探究污泥炭强化CW-MFC去除PFBS机理及PFBS对系统的影响。研究结果表明,污泥炭CW-MFC去除PFBS的性能显著优于砾石CW-MFC。探究系统各组分PFBS的富集情况,污泥炭表面生物膜中PFBS的富集浓度（809.000±9.798μg/g）远大于污泥炭中的浓度（37.044±0.102μg/g）,砾石表面生物膜内PFBS的积累量为（0.081±0.006μg/g）,仅为污泥炭表面生物膜的千分之一,说明不同基质填料表面的生物膜对PFBS的富集作用存在巨大差异。对比污泥炭和砾石表面生物膜的理化性质,发现Zeta电位、亲/疏水性、胞外聚合物（EPS）和粗糙程度是驱动富集的主要因子。进一步探究污泥炭对生物膜特性的调控作用,发现污泥炭导电性与生物膜的理化性质指标呈现显著正相关。因此,污泥炭的导电性强化了生物膜的Zeta电位、亲/疏水性以及EPS产量,使得PFBS富集于污泥炭表面生物膜中,提升CW去除PFBS性能。在PFBS胁迫下,污泥炭系统硝化过程和反硝化过程均受到抑制,总氮去除率、COD去除率以及输出功率分别下降了4.7%、10.3%和30.7%。PFASs损害植物细胞组织,激活抗氧化防御系统,改变微生物群落结构。生化机制研究揭示,PFASs对植物和微生物的毒性及抑制作用共同降低了CW-MFC系统的生物产电和污染物去除性能。另外,当HRT从5天调整到1天后,PFBS胁迫下的污泥炭CW-MFC的COD去除效率降低了9.12%,总氮去除效率降低了3.31%,相对应下的砾石CW-MFC数据为16.4%和8.86%,这说明污泥炭可以消减PFBS对CW-MFC系统的负面影响。这些发现为解决水环境中PFASs污染问题提供了理论基础。综上所述,以污泥炭为基质填料构建CW-MFC,不仅有利于强化CW-MFC产电性能,强化PFASs污染消减,也为污泥的资源化利用提供新路径。

关键词：污泥炭人工湿地微生物燃料电池全(多)氟化合物生物膜

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铜改性污泥炭催化剂及其对甲苯催化性能研究

化学工程师 2024年第10期 1-5+14页

作者：罗志强颜锐毛宇洛刘世友秦振华长江生态环保集团有限公司武汉轻工大学化学与环境工程学院

采用饱和浸渍法制备了一系列的铜改性污泥炭（Cu/SC）催化剂，并研究了其对甲苯的催化燃烧性能。采用XRD、SEM、XPS等现代表征技术分析Cu基催化剂的晶形结构、表观形貌和表面元素分布。实验结果表明，Cu的负载量为15%的Cu/SC催化剂具有... 详细信息

采用饱和浸渍法制备了一系列的铜改性污泥炭（Cu/SC）催化剂，并研究了其对甲苯的催化燃烧性能。采用XRD、SEM、XPS等现代表征技术分析Cu基催化剂的晶形结构、表观形貌和表面元素分布。实验结果表明，Cu的负载量为15%的Cu/SC催化剂具有较好的催化性能，在319℃时甲苯的转化率达到90%，且负载相同的Cu含量，Cu/SC的催化性能比Cu/ZSM-5的催化性能好，主要原因是15Cu/SC具有较高的吸附氧和Cu2+浓度。此外，15Cu/SC具有较好的稳定性，在连续反应48h后，催化活性仍在90%左右，具有较好的热稳定性。该研究结果可为污泥炭的高值利用和挥发性有机物（VOCs）的治理提供一定的理论参考。

关键词：污泥炭铜改性甲苯催化氧化

不同热解活化条件下制备的污泥炭常温催化氧化NO

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燃料化学学报 2022年第3期50卷 366-375页

作者：周易邓文义胡明涛许铈尧苏亚欣东华大学环境科学与工程学院上海201620

以市政污泥为原料制备污泥炭(SC),开展了SC常温催化氧化NO的实验研究。通过对不同热解温度(600、700和800℃)和不同干基污泥(DS)/KOH混合质量比下(4∶1、3∶1、2∶1和1∶1)的NO脱除特性研究,探究了污泥裂解活化工艺对NO常温催化氧化的... 详细信息

以市政污泥为原料制备污泥炭(SC),开展了SC常温催化氧化NO的实验研究。通过对不同热解温度(600、700和800℃)和不同干基污泥(DS)/KOH混合质量比下(4∶1、3∶1、2∶1和1∶1)的NO脱除特性研究,探究了污泥裂解活化工艺对NO常温催化氧化的影响规律和作用机理。结果表明,热解温度和KOH活化均对SC的催化活性有显著影响,当热解温度由600℃升至800℃,裂解样的NO转化率由12%升至36%;不同热解温度下,SC的催化活性均随KOH用量增加呈先增大后减小趋势;当热解温度为700℃、DS/KOH=3∶1时,SC的催化活性最优,达到56%;对该样品进一步进行氢气还原处理后,其脱硝效率进一步提升,达到76.5%。研究发现,SC的催化活性与其比表面积有强相关性,其反应机理遵循Eley-Rideal(E-R)模型。

关键词： NO 催化氧化污泥炭 KOH活化热解

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磷酸改性颗粒污泥炭催化降解头孢氨苄

环境工程学报 2021年第5期15卷 1539-1548页

作者：刘允康赵颖侯作君王国英安鸿翔卫皇曌余丽太原理工大学环境科学与工程学院太原030024 中国科学院大连化学物理研究所大连116023 中国辐射防护研究院太原030024

以厌氧颗粒污泥为底物制备了颗粒污泥炭(GSC-O),通过对其进行磷酸改性,获得了较高催化活性和较好稳定性的磷酸改性颗粒污泥炭(GSC-P)。在催化湿式过氧化氢氧化体系中,分别考察了温度、pH、过氧化氢投加量、催化剂投加量、反应物初始浓... 详细信息

以厌氧颗粒污泥为底物制备了颗粒污泥炭(GSC-O),通过对其进行磷酸改性,获得了较高催化活性和较好稳定性的磷酸改性颗粒污泥炭(GSC-P)。在催化湿式过氧化氢氧化体系中,分别考察了温度、pH、过氧化氢投加量、催化剂投加量、反应物初始浓度和反应时间等因素对头孢氨苄降解的影响。结果表明,GSC-P的催化性能远高于GSC-O。GSC-P催化降解头孢氨苄的最佳反应条件宜为:温度60℃、pH为3、过氧化氢投加量为1.0 g·L^(-1)、催化剂投加量为1.0 g·L^(-1)、反应物初始浓度为100 mg·L^(-1)和反应时间300 min,在此条件下头孢氨苄的转化率高达89.6%。此外,对GSC-P的稳定性进行了评价。在重复利用5次后,催化剂上的活性组分铁的溶出率仅为0.83%,头孢氨苄的转化率稳定在80%~88%。以上研究结果表明,以磷酸改性后的颗粒污泥炭的比表面积和孔容积增大、表面铁含量较多、官能团丰富,催化活性显著提升,且具有磁性,有利于回收利用。

关键词：厌氧颗粒污泥污泥炭头孢氨苄催化湿式过氧化氢氧化

稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

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环境科学学报 2019年第4期39卷 1250-1256页

作者：张进刁韩杰王敏艳曹玉成许思涵张建云浙江科技学院环境与资源学院杭州310023 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 浙江省废弃生物质循环利用与生态处理技术重点实验室杭州310023 浙江农林大学生物环境学院诸暨311800

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C... 详细信息

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.

关键词：稻壳污泥热解污泥炭重金属生态风险

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污泥炭对厌氧发酵沼液的吸附特征

环境科学与技术 2022年第3期45卷 178-187页

作者：江汝清余广炜王玉邢贞娇汪印中国科学院城市环境研究所城市污染物转化重点实验室福建厦门361021 中国科学院大学北京100049

文章以城市污泥热解炭化产生的污泥炭作为吸附材料,开展厌氧发酵沼液吸附实验研究,探究污泥炭对厌氧发酵沼液中化学需氧量(COD)、氨氮(NH;-N)与总磷(TP)的吸附去除特性和吸附作用机理。研究表明,污泥炭对厌氧发酵沼液的COD和TP具有良好... 详细信息

文章以城市污泥热解炭化产生的污泥炭作为吸附材料,开展厌氧发酵沼液吸附实验研究,探究污泥炭对厌氧发酵沼液中化学需氧量(COD)、氨氮(NH;-N)与总磷(TP)的吸附去除特性和吸附作用机理。研究表明,污泥炭对厌氧发酵沼液的COD和TP具有良好的吸附去除效果,最佳添加量为50 g/L,其对COD和TP的吸附去除效率高达85.45%和86.14%;吸附后的污泥炭经再生处理后,依然保持良好的吸附性能,对COD的吸附去除率仍然可达74.25%,且对TP吸附去除效率提升至89.32%;Langmuir等温模型和准二级动力学模型能很好地拟合污泥炭对沼液中的COD、NH;-N和TP的吸附过程;污泥炭表面结构粗糙且具有多孔质感,具有良好的孔结构和表面活性位点,在无机矿物组分的协同作用下,有效增强对沼液中污染物的吸附性能。污泥炭作为厌氧发酵沼液处理的低成本吸附净化材料,可为实现市政污泥与厌氧发酵产物的协同处置提供新思路。

关键词：污泥炭厌氧发酵沼液吸附循环再生

氧化钙对污泥炭重金属稳定性及其吸附性能的影响

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无机盐工业 2023年第6期55卷 124-129页

作者：田玉玲程阳韩融周梅王成杰葛强茹长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054

鉴于CaO对生物质的热解产气、焦油重整具有催化作用,并可显著提升生物炭的吸附性能,将CaO与市政污泥以1∶10的质量比混合共热解,制备改性污泥炭(BC-Ca)。研究了CaO对污泥炭特性及重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Mn)形态分布的影响,采用风险评... 详细信息

鉴于CaO对生物质的热解产气、焦油重整具有催化作用,并可显著提升生物炭的吸附性能,将CaO与市政污泥以1∶10的质量比混合共热解,制备改性污泥炭(BC-Ca)。研究了CaO对污泥炭特性及重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Mn)形态分布的影响,采用风险评价编码法(RAC)评价污泥炭的生态风险,并采用静态吸附实验考察改性污泥炭对Cr(Ⅵ)的吸附效果。结果表明:BC-Ca中Zn、Pb、Cr、Mn和Cu处于残渣态(F4)的比例较未改性污泥炭(BC)分别增加11.76%、13.03%、26.96%、5.55%和2.11%,且均为RAC低风险;BC-Ca的比表面积较BC增大122.99%,孔隙结构得到改善;BC-Ca对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,吸附容量随着温度的升高而增大,吸附速率主要由化学吸附机理控制;BC-Ca对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量较BC提高51.13%,去除率显著提高。

关键词：污泥炭重金属稳定性生态风险 Cr(Ⅵ)吸附