余观梅[1]2002年在《粉煤灰对污泥中重金属的钝化作用及其在园林绿化应用的研究》文中研究表明污泥的处置与利用越来越引起人们的关注，在污泥的各种处置方法中，以土地利用方式最适合我国国情。本文在分析杭州市四堡污水处理厂污泥基本性质的基础上，研究了粉煤灰对污泥中Zn、Cu、Mn、Pb四种重金属形态的影响；通过土柱淋溶试验和盆栽试验，探讨了不同配比和用量的粉煤灰钝化污泥对环境的影响及在园林绿化中应用的可行性。取得的主要结论概括如下： 1．杭州市四堡污水处理厂的污泥中，含有丰富的有机质和氮、磷养分，但重金属含量也较高，特别是Zn，含量与我国污泥农用标准相比，严重超标。 2．污泥经粉煤灰钝化处理后，Zn、Cu、Mn、Pb的可利用态含量明显下降。随着粉煤灰加入率的增加，Zn、Cu、Mn、Pb的交换态、有机结合态含量下降，而铁锰氧化物结合态和残渣态含量增加。 3．施用粉煤灰钝化污泥会增加表层土壤的Zn、Cu、Mn、Pb的含量，但对下层土壤和土壤渗滤水无明显影响。即使在粉煤灰钝化污泥与土壤以1：1体积比的高施用量情况下，其渗滤水中这四种重金属的含量仍未超过农田灌溉水质标准。控制粉煤灰钝化污泥与土壤以不大于1：5体积比施用，不会导致硝态氮、磷和盐分对地下水的不良影响。 4．粉煤灰钝化污泥能改善土壤的理化性质。使土壤容重降低，总孔隙度增加，有机质和氮、磷、钾、硼含量增加。但粉煤灰钝化污泥用量过大或粉煤灰配比过高时，土壤的pH值和水溶性硼含量超出植物正常生长的范围，造成对植物的危害，粉煤灰加入率为20％或40％的钝化污泥与土壤以1：1体积比混合时，土壤中水溶性硼含量达正常土壤的10倍以上，鸡冠花出现明显的中毒症状。 5．盆栽试验连续种植鸡冠花、高羊茅(F.elata Keng)两茬园林作物，结果表明，施用粉煤灰钝化污泥效果良好。与对照土壤相比，鸡冠花的株高和生物量增加，始花期提早，叶片叶绿素含量增加，观赏价值提高。效果与对照土壤施用化肥相当。粉煤灰钝化污泥对于第二茬作物高羊茅仍有较好的后效，无论株高、生物量和叶片叶绿素含量，均明显优于对照土壤和对照土壤施用化肥处理。此外，与未钝化污泥处理相比，施用粉煤灰钝化污泥能明显降低鸡冠花和高羊茅植株中Zn、Cu、Mn、Pb的含量，并且随着粉煤灰量增加，植株中这四种重金属含量下降，与对照土壤处理相近。 6．高羊茅(F.elata Keng)收获时，土壤中有效Zn和有效Cu含量与鸡冠花收获时无明显 差异，有效Mn含量明显下降，有效N含量略有增加。说明这两茬作物生长对粉 煤灰钝化的重金属活化作用不明显。 7、在本试验条件下，综合粉煤灰钝化污泥的生物学效应和环境效应，污泥中加入 10％～20％粉煤灰钝化后，再与土壤以 1：5体积比施用较宜。
隆梦佳[2]2009年在《白腐菌对污泥堆肥木质素降解及重金属钝化影响》文中研究表明本课题以城市污泥和稻草为主要原料,设计了不接种和接种1%、2%、5%白腐菌菌剂四种处理,进行为期48d的发酵试验。以堆体在发酵过程中理化指标和木质纤维素以及重金属形态变化规律叁部分为主要研究内容,分析接种白腐菌是否可以缩短腐熟周期,提高堆肥效率;是否可以提高木质素、纤维素的降解效率;是否可以提高重金属的钝化效果以及何种白腐菌接种剂量的效果最佳。第一部分以温度、有机质、种子发芽指数、腐殖质动态变化情况等为主要研究技术参数,判断接种白腐菌对污泥堆肥腐熟度及堆肥品质的影响。第二部分研究堆肥过程中堆体中半纤维素、纤维素、木质素总量变化,判断接种白腐菌是否可以提高半纤维素、纤维素、木质素降解效率。第叁部分以堆肥中重金属Cu、Zn、Pb、Cd在发酵过程中形态的动态变化研究参数,判断接种白腐菌对堆体中重金属钝化的影响。研究结果表明:(1)接种白腐菌可以延长堆体的高温期1-2d,提高堆肥效率,缩短堆肥时间,2%和5%接种剂量的堆体比其他两个处理提早4-8d进入稳定期。(2)堆肥过程中堆体的种子发芽指数随发酵的进行而上升,接种白腐菌的堆体的GI值要高于相应天数的未接种白腐菌堆,四个处理达到50%所需时间分别为36 d、32d、28d、28d,说明白腐菌可以缩短堆肥发酵时间,加快堆肥腐熟。(3)接种白腐菌高温阶段可以加快堆体中有机质的降解,并使堆体提早8-12d进入腐熟期。堆肥8-12d由于白腐菌的接入,腐殖酸及胡敏酸含量急剧增加,2%和5%接种剂量的堆体胡敏酸含量从24d开始急剧下降,堆肥品质变差。(4)接种白腐菌对堆体中半纤维素、纤维素的降解没有影响,相反未接种白腐菌的堆体的半纤维素、纤维素的降解效率还要稍高于接种白腐菌的堆体,但是接种白腐菌可以显着促进堆体中木质素的降解,其中5%接种剂量的效果最显着。(5)接种白腐菌更能降低重金属Cu、Zn、Pb、Cd可交换态和可还原态占全量百分含量,提高可氧化态、残渣态占全量百分含量,接种白腐菌对重金属Cu、Zn、Pb、Cd钝化效果明显高于未接种白腐菌,不同的接种剂量对不同的重金属的钝化效果各有优势:从堆肥前后可交换态和可还原态这2种生物有效性较高的形态占全量百分含量总量的下降率来看,经过48d的堆肥处理,铅的钝化效果最显着,4个处理下降率分别达到34.8%、52.0%、61.3%、56.7%,然后依次为锌、镉、铜。其中对镉钝化效果最显着的是接种5%菌剂的处理,其可交换态和可还原态百分含量总量下降率达到37.3%;1%、2%和5%接种剂量叁个处理对铜钝化效果相差不大,2%接种剂量的下降率稍微大一点,达到24.5%;对锌钝化效果最显着的也是是接种2%菌剂的处理,下降率达到35.9%。
冯婷婷[3]2009年在《改性粉煤灰钝化城市污泥中的重金属及其在农业上的应用研究》文中研究说明本文首先在分析供试污泥和粉煤灰基本理化性质的基础上,讨论改性粉煤灰钝化污泥的可行性、钝化污泥应用在农业上的可行性。通过阅读国内外多篇相关文献,制定改性粉煤灰的最优制备方案,制备改性粉煤灰,通过钝化实验,分析改性粉煤灰对污泥中重金属Pb、Cu、Cd的钝化效果和对污泥理化性质的影响,并对钝化机理进行了初步探讨;通过土柱淋溶试验,分析钝化污泥对土壤中重金属Pb、Cu、Cd的形态和营养成分的影响,根据实验结果讨论将钝化污泥应用在农业上的可行性;对原状粉煤灰和改性粉煤灰进行SEM、XRD、比表面积的分析,讨论改性粉煤灰吸收土壤中重金属有效态的主要原因和改性反应对粉煤灰内部结构产生的具体影响。取得的主要结论概括如下:①供试城市生活污泥中,无论有机质、全N、全P的含量均远远高于土壤中相应成分含量。但污泥中也含有较高的重金属Pb、Cu、Cd,尤其是Pb、Cu,分别高达2400.0mg·kg-1、460mg·kg-1,远远超出我国污泥农用标准。因此,从污泥提供的有机质和N、P养分的角度考虑,供试污泥是一种极好的肥源,具有较高的利用价值。但其过高的重金属含量限制其利用,因此在利用此污泥时,必须进行前期处理。供试粉煤灰含有较高的SiO2和Al2O3,分别高达50.3%和23.20%,又因为粉煤灰为球状颗粒结合体,主要为玻璃态,构成沸石的硅、铝围绕球状颗粒呈一定规律分布,有利于在粉煤灰表面形成沸石包裹层,因此,粉煤灰的化学组成和结构使粉煤灰具备了改性的物质基础。经过改性粉煤灰钝化的城市污泥,由于内部pH、有机质等因素改变,使城市污泥中重金属生物有效态转化为稳定态,降低了污染农用土壤的可能性;城市污泥的内部结构,和改性粉煤灰改变了城市污泥比阻等原因,使钝化后的污泥也具有一定的吸附作用,从而对土壤中的重金属污染也具有一定的吸附作用。②通过阅读国内外多篇相关文献,制定改性粉煤灰的最优制备方案,包括助溶剂的选择、粉煤灰与助溶剂的配比、改性温度、改性时间,制备改性粉煤灰,通过钝化、土壤淋溶模拟试验,将叁种改性粉煤灰与钝化污泥重金属性能进行比较,叁种改性粉煤灰对污泥中Pb、Cu、Cd都具有一定的钝化效果,其中,NaOH改性粉煤灰对污泥中的Pb、Cu、Cd的钝化效果都十分理想。此效果可以从改性粉煤灰的微观结构来分析说明:首先改性粉煤灰具有很大的比表面积,比原状粉煤灰增大31~67倍,因此具有很强的物理吸附能力,同时也使得化学吸附性得到增强。改性反应使粉煤灰内部空隙数量增加、空隙表面变的粗糙,另外,粉煤灰改性生成的铝硅酸盐和硅酸盐类具有很强的离子交换性能,可与污泥中的重金属发生离子交换吸附,且一般都为不可逆的。同时改性粉煤灰的强碱性也利于污泥中重金属沉淀。③酸雨目前作为一个环球环境问题困扰着我们,成都平原的酸雨问题十分严重,将钝化污泥用于农用土壤施肥,模拟成都平原地区酸雨,从对土壤重金属形态含量和土壤肥力前后变化分析,叁种钝化污泥对土壤中Pb、Cu、Cd生物有效态的吸附能力比较必须在具体的情况下进行分析比较,因为钝化作用受到土壤环境中pH、腐殖质含量、土壤粘性、土壤温度、以及其他重金属含量的影响。通过叁种钝化污泥对土壤肥力的影响效果分析结果为:BaCO3改性粉煤灰钝化的污泥对土壤肥力提高效果比较明显,根据成都平原土壤现状,BaCO3改性粉煤灰钝化的污泥十分适合应用于成都平原土壤现状。④通过对改性粉煤灰进行经济和社会效益的分析,证实改性粉煤灰应具有十分广阔的利用前景。
王艳芳[4]2016年在《粉煤灰改性及其钝化污泥与吸附水中的Cu和Zn的研究》文中指出污水处理厂产生的污泥中含有的重金属Cu~(2+)和Zn~(2+)严重超标,限制污泥利用,并且对环境危害性极大。火力发电厂燃煤后产生的固体废弃物粉煤灰的大量堆积,在占用土地资源的同时对周边环境造成了严重污染。尝试采用粉煤灰去除污水中的Cu~(2+)和Zn~(2+)以及钝化污泥中的Cu~(2+)和Zn~(2+),以达到以废治废、节约经济成本的目的。研究在“十二五”国家水专项的支持下,开展了粉煤灰的对比、改性、吸附重金属、钝化污泥以及污泥的淋滤实验的理论性研究。首先,对黑龙江省和辽宁省的粉煤灰组分进行分析,研究表明两地的粉煤灰主要含有SiO_2(石英)、Al_3Si_2O_(13)(莫来石)和SiO_2(方石英)等晶相结构,且化学组成所含比例及比表面积(~1.00m2/g)相似;表面形貌均为多孔玻璃球状且颗粒尺寸相似;两地粉煤灰表面均含有大量的C-C骨架震动峰(1087、1091 cm-1)、对称Si-O-Si弯曲伸缩振动峰(796 cm-1)、Si-O弯曲振动峰(459cm-1)。其次,采用正交实验考察不同改性方法对粉煤灰吸附重金属离子的效果,优化了酸(碱)的浓度、酸(碱)灰比、浸渍时间,或微波功率、微波时间等参数。当微波功率为400 W、辐照10 min、NaOH为6 mol/L、浸渍时间为3 h、碱灰比为5:1时,所制得的改性粉煤灰比表面积最大为21.01 m2/g,成了新的矿物质Ca2SiO4,表面激发出大量的-OH伸缩振动峰(3614 cm-1、3564 cm-1)、Si-O(661 cm-1)、-NH2(1620 cm-1)、-NH2(599 cm-1)和-CH3(2970 cm-1)等官能团,颗粒表面粗糙且吸附孔道增多,因此其钝化重金属能力明显增强,且改性粉煤灰较原状粉煤灰激发出更多的晶相物质,表面具有更多的活性基团,有利于促进Cu和Zn重金属由不稳定态向稳定态转化和吸附重金属。本研究进而通过动力学模型、热力学模型、吸附等温线等多种吸附实验确定其外在化学条件对最佳改性粉煤灰吸附Cu~(2+)和Zn~(2+)的影响。结果表明,改性粉煤灰吸附Cu~(2+)和Zn~(2+)的反应过程中,随着pH、初始离子浓度以及改性粉煤灰投加量的增加,吸附去除率越大;并且该反应符合Langmuir模型,Cu~(2+)和Zn~(2+)的理论最大吸附量分别为26.25 mg/g和22.03 mg/g;该反应符合拟二级吸附动力学模型;根据吸附热力学模型可知,该反应属于吸热的化学自发反应。最后,考察了最佳改性粉煤灰对Cu~(2+)和Zn~(2+)的钝化时间和投加量对钝化效果的影响。结果表明,随着粉煤灰的投加量增加污泥中重金属Cu和Zn的钝化效果越好,当投加量为40%时,钝化效果趋于稳定,并且改性粉煤灰对污泥中Cu~(2+)和Zn~(2+)的钝化效果优于未改性粉煤灰。当钝化时间为7d时,污泥中Cu和Zn的重金属形态已经趋于稳定化,不随时间的推移而改变其形态。研究通过土柱淋溶实验表明该改性粉煤灰钝化后的污泥,重金属固化较稳定,不随淋滤而大量析出。该改性粉煤灰钝化污泥的处理成本为(40~60)元/吨,比传统处理污泥(200~600)元/吨,更加节约经济成本
王飞[5]2015年在《粪便有机肥制备过程中重金属转化及阻控特性研究》文中指出我国是畜禽养殖大国,大量产生的畜禽粪便成为有机肥生产的重要原料。但是畜禽粪便有机肥往往出现重金属含量超标的现象,不仅加大了土壤重金属污染的风险,而且还可能被作物吸收,对人体健康带来一定的危害,这成为制约有机肥生产的瓶颈因素。因此如何实现对畜禽粪便有机肥制备过程中重金属活性的阻控,对于保护生态环境、促进有机肥产业发展均具有重要意义。本研究首先对华北平原畜禽粪便有机肥重金属进行溯源分析,在明确有机肥重金属超标的基础上,以猪粪为研究对象,通过设置不同的发酵工艺、优化工艺参数、添加调理剂和添加钝化材料处理,系统研究了有机肥制备过程中理化性质的变化、重金属形态的转化特性及其钝化效果。取得的主要研究成果如下:1.以华北平原为研究范围,通过对畜禽粪便、商品有机肥、养殖场饲料进行抽样调查和分析测试,利用主成分分析法对重金属进行了溯源分析。结果表明,商品有机肥中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As、Ni平均含量分别为69.22、87.40、274.58、0.21、45.42、0.33、3.21、16.50 mg/kg,其中Pb超标率达80.56%;畜禽粪便中各重金属平均含量分别为301.6、27.2、736.3、0.04、57.7、0.016、1.6、9.4 mg/kg,Cr、Pb、As超标比例分别为2.17%、13.04%、2.17%;养殖场饲料中各重金属平均含量分别为87.03、6.32、297.90、0.02、13.89、0.01、0.65、3.00 mg/kg,Cu、Zn、Pb、Cr超标比例分别为60.38%、54.72%、41.51%、39.62%。主成分分析和相关性分析结果表明,有机肥中重金属污染风险主要来源于高Cu、Pb、Zn、Hg饲料的使用。2.明确了不同发酵工艺(自然通风发酵、强制通风发酵和厌氧干发酵)对堆肥重金属活性的影响。随发酵进程的推进,强制通风发酵高温期温度高于50°C,持续期约10天,堆肥结束后p H值维持在8.0左右,电导率(EC)小于2 m S/cm,种子发芽率指数(GI)达到117%,理化性质指标均显着优于自然通风发酵和厌氧干发酵。不同发酵工艺处理对重金属Cu、Zn、Pb的形态变化均有显着影响,叁种不同发酵工艺的钝化能力从大到小依次为强制通风发酵>自然发酵>厌氧干发酵,强制通风发酵处理对Cu、Zn、Pb的钝化率分别达到45.42%、46.29%、38.35%。3.明确了不同工艺参数(含水率、通风速率、发酵周期)对堆肥重金属活性的影响。通过强制通风静态堆肥实验,调整初始含水率值为60%、65%、70%,通风率为0.05、0.1、0.2 m3/min·m3,发酵周期为20 d、35 d、50 d。结果表明,不同工艺参数对堆肥理化性质均有显着影响。对重金属Cu、Pb、Zn分配率的方差分析表明,通风速率显着影响可交换态Cu(p=0.02)和Pb(p=0.040)的钝化效果,而含水率显着影响可交换态Zn(p=0.009)的钝化效果。本研究选取较优化的发酵工艺参数为初始含水率65%、通风速率0.1 m3/min·m3、发酵周期50天和初始含水率65%、通风速率0.2 m3/min·m3、发酵周期20天两种,其发酵前期高温持续期可分别达到12天和8天,堆肥结束后p H值分别为8.0和7.6,EC值分别为3.86和3.75 m S/cm,GI值分别为64.95%和144.05%。对可交换态Cu、Pb、Zn、Cd的钝化率分别达到86.13%、52.37%、18.42%、40.37%和83.57%、63.46%、56.17%、46.41%。4.明确了添加不同调理剂(猪粪、猪粪+玉米秸秆、猪粪+木屑)对堆肥重金属活性的影响。选取高温好氧发酵工艺,调节物料含水率为65%,控制通风率在0.2 m3/min·m3,发酵周期30 d。结果表明添加玉米秸秆和木屑能显着提高堆肥的理化性质,发酵前期高温持续时间能达到5天以上,堆肥结束后p H值分别为8.6和8.7,EC值分别为1.79和1.72 m S/cm,GI值分别为118%和142%。添加玉米秸秆对重金属Cu、Pb、Zn、Cd的钝化率分别为-3.9%、42.8%、-0.2%、73.2%,添加木屑处理钝化率分别为60.5%、-18.1%、52.8%、89.9%。5.明确了添加不同钝化材料(木屑生物炭、玉米秸秆炭、花生壳生物炭、福建腐殖酸、嘉博文腐殖酸、草炭)对堆肥重金属活性的影响。利用猪粪、秸秆和不同钝化材料进行高温好氧堆肥,研究了重金属Cu、Pb、Zn、Cd不同形态的变化特征。结果表明,添加玉米秸秆炭、花生壳炭和福建腐殖酸未达到堆肥腐熟标准,其中添加花生壳炭处理p H值低于6.0,添加花生壳炭和福建腐殖酸处理电导率显着超过4.0 m S/cm,添加玉米秸秆炭、花生壳炭、福建腐殖酸处理GI值低于80%。不同钝化材料对不同重金属钝化能力不同,添加木屑生物炭、玉米秸秆炭、花生壳炭、福建腐殖酸、嘉博文腐殖酸、草炭对重金属Cu的钝化率分别为0%、24.31%、65.79%、14.70%、47.78%、25.35%;对重金属Pb的钝化率分别为13.09%、57.20%、46.20%、-1.25%、47.54%、4.08%;对重金属Zn的钝化率分别为55.42%、18.08%、13.66%、-17.13%、64.94%、50.28%;对重金属Cd的钝化率分别为94.67%、49.93%、25.09%、47.39%、87.36%、-6.90%。综合考虑,本试验选取木屑生物炭和嘉博文腐植酸作为堆肥重金属钝化材料较为理想。综上所述,华北平原畜禽粪便和商品有机肥中Cr、Pb、As金属含量超标,有机肥中重金属污染风险主要来源于饲料添加剂。通过一系列的优化筛选:选取高温好氧堆肥工艺,调整工艺参数为初始含水率65%、通风速率0.2 m3/min·m3、发酵周期为20天,添加秸秆或木屑为调理剂,选择木屑生物炭或嘉博文腐植酸为钝化材料,有利于增强对堆肥重金属的钝化作用,该研究结果可为重金属钝化技术研发、畜禽粪便有机肥制备的规模化应用提供理论参考和技术支持。
参考文献：
[1]. 粉煤灰对污泥中重金属的钝化作用及其在园林绿化应用的研究[D]. 余观梅. 浙江大学. 2002
[2]. 白腐菌对污泥堆肥木质素降解及重金属钝化影响[D]. 隆梦佳. 华中农业大学. 2009
[3]. 改性粉煤灰钝化城市污泥中的重金属及其在农业上的应用研究[D]. 冯婷婷. 成都理工大学. 2009
[4]. 粉煤灰改性及其钝化污泥与吸附水中的Cu和Zn的研究[D]. 王艳芳. 哈尔滨工业大学. 2016
[5]. 粪便有机肥制备过程中重金属转化及阻控特性研究[D]. 王飞. 西北农林科技大学. 2015
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