热解污泥生物炭化学组成及环境效应研究进展

热解污泥生物炭化学组成及环境效应

研究进展*

第一作者：董智伟，男，1993年生，硕士研究生，研究方向为生物质资源化利用」通讯作者#

*国家自然科学基金资助项目（No.41763016）；昆明理工大学分析测试基金资助项目（No.2017T20130171） #

董智伟左宁王彦周昱伟陈芳媛$

（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500）

摘要 污泥是生物法处理市政污水、工业废水产生的副产物，产量大，且处理不当会造成生态污染。用污泥制备污泥生物炭"

既能实现污泥资源化利用又能减少环境污染。对目前热解污泥生物炭制备和施用过程中产生的环境效应进行综述，着重讨论了热

解污泥制备污泥生物炭过程中的元素（碳、氢、氧、氮、硫等）转化、污泥生物炭中重金属形态、吸附性质及土壤施用情况#系统地分析

污泥生物炭从制备到施用过程的环境效应，有利于对其实际应用进行全面的环境风险评估#

关键词污泥生物炭热解元素转化环境效应

DOI ： 10.15985/ki. 1001-3865.2019.04.021

Research progress in chemical p roperties and environmental effects of pyrolysis sludge biochar

DONG Zhixvei , ZUO

Ning -, WANG Yan , ZHOU Yuzvei , CHEN Fangyuan . ( Faculty of Environmental Science and Engineering ,

Kunming University of Science and Technology ■, Kunming Yunnan 650500)

Abstract : Sludge is by-product of biological process in the treatment of municipal sewage and industrial

wastewater. It has a huge production and may cause ecological po l ution if improperly treated. Preparation of biochar

with sludge may realize both resource utilization and po l ution reduction of the sludge. The environmental e f ects in thesludge biochar preparation and application process werereviewed.Thetransformation ofelements (carbon

,

hydrogen , oxygen , nitrogen , sulfur , etc. 5 and heavy metal species , adsorption property and applied conditions of sludge

biochar were discussed. The systematical analysis of the environmental effect of pyrolysis sludge biochar from preparation to application was helpful to its comprehensive environmental risk evaluation.

Keywords : sludge biochar ； pyrolysis ； element conversion ； environmental effect

近年来，生物炭由于其特殊的、多元的功能和价

值得到越来越多学者的关注#生物炭是生物质在完 全或部分缺氧状态下热解产生的一类难溶、稳定、含

碳量高的高度芳香化固态物质，其元素组成主要包 括碳、氢、氧、氮、硫、磷、钾、钙、硅等。主要元素碳质 量分数为66.6% #87.9%，氢质量分数为1.2%〜

2.9%，氧质量分数为10.6%#26.6%。从化学构成

来看，生物炭主要由烷基和芳香结构组成，同时还包 含有羧酸及其衍生物、酚类、烯烃及其衍生物等。从

微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳

香环片组成，表面孔隙多，比表面积较大。多孔特征 促进了生物炭对有机物和重金属的吸附去除，施加 到土壤中可以为微生物生存提供附着位点和较大空 间，提高土壤水分和通气性，调节土壤微环境[12] # 因此，生物炭在环境修复和土壤改良等方面都拥有

巨大的应用潜力

污泥是污水处理厂的主要副产物。据估计, 2015 年中国污水处理厂产生了 34000000t 污泥 （含水量80%左右）56*。随着城镇化进程加快，污 水处理厂的进一步普及，污泥产量还将不断提高。

同时，污泥含重金属、有机物、病原体等各种污染物,

处理不当将会造成严重的环境问题7。热解是一项 应用较广的固废处理技术，热解污泥能够减少污泥 体积，杀死病原体，分解有机物，有利于污泥资源化

利用8。热解的基本过程是污泥在相对低温（通常 小于700 °C ）和无氧条件下加热，最终产生生物气、 生物油和生物炭产品。生物气和生物油可以用作生

物能源，生物炭可以回收利用。

污泥中有机质含量达60%以上，具有较高的

碳、氮、硫含量。热解过程中，这些元素转化的CO ”

HCN'H ^S 等气体排放到环境中，会造成大气污染。

同时，污泥相对其他生物质具有高含量重金属。热 解后，大量重金属将残留在污泥生物炭中，施加到土

壤后会影响农作物的生长。因此，了解污泥生物炭

• 479 •