课题基金 / 基金详情

污泥液化生物炭中重金属的长期释放特征及其机理

批准号:
42107435
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
肖智华
依托单位:
学科分类:
污染物环境行为与效应
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖智华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
污泥中重金属的存在对环境构成严重的威胁。液化既能处理污泥又能回收能源,但所产生的生物炭中可氧化态重金属(具有潜在且长期生态毒性)的含量和比例都上升了。目前研究生物炭中重金属的长期环境行为较少。本项目拟考察不同液化参数下制备的生物炭中重金属化合物的抗氧化性。结合培养实验和土柱淋溶实验,研究生物炭中重金属在土壤中的长期释放特征与影响因素;通过重金属的释放动力学模型,建立重金属化学形态与长期释放能力之间的关系。采用加速淋溶和加速老化实验来模拟研究更长时间(1-30年)生物炭中重金属的释放特征。通过模拟重金属化合物在土壤中氧化过程的研究,阐明生物炭中重金属在土壤中的释放机制。利用BCR法、Dold法和FTIR、XRD、XAFS和μ-XRF等分析手段为重金属的长期释放规律提供机理层面的解释。最终为合理评估和控制生物炭中重金属的长期环境风险,为绿色高效应用生物炭提供初步的理论基础和数据支撑。
英文摘要
The existence of heavy metals in the sludge poses a serious threat to environment. The liquefaction technology had the benefits of treatments of sludge and energy. However, the concentrations and proportions of oxidizable heavy metals (potential but long-term eco-toxicity) in biochar derived from liquefaction of sludge were both increased. There were few researches regarding long-term environmental behavior of heavy metals in biochar. In this project, researches will be focused on characteristics of resistance to oxidation of heavy metal components in biochars produced under different liquefaction conditions. The long-term release behaviors of heavy metals and their influencing factors in biochars will be carried out combined with incubation experiment and leaching experiment of soil columns. The relationship between chemical speciation of heavy metal in biochars and long-term releasing amount will be established by the kinetic models of heavy metal release behaviors of leaching experiment of soil columns. The longer-term (1-30 years) release behaviors of heavy metals in biochars will be predicted by accelerated leaching experiment and artificial accelerated aging method. Then, the release mechanism of heavy metals in biochars in soils will be revealed through the study of the oxidation process of simulated heavy metal components. Mechanisms for long-term release behaviors of biochars will be revealed by European Community Bureau of Reference sequential extraction, method of Dold, Fourier transform infrared spectrum, X-ray diffraction measurement, X-ray absorption fine structure spectroscopy and X-ray fluorescence microanalysis. The implement of this research project will provide preliminary theoretical and data support for long-term risk evaluation and management of heavy metals in biochar, and guiding the highly effective and environmental application of biochar.
污泥液化后生物炭中可氧化态重金属(具有潜在且长期生态毒性)的含量和比例都上升,其含有的重金属在环境中的释放特征及影响因素尚不明确。本项目研究了不同液化参数下得到的污泥生物炭中重金属在不同氧化条件下的释放特征;结合实验室培养实验和土柱淋溶实验,研究了生物炭中重金属在土壤环境中的释放特征与影响因素研究。主要研究结果如下:(1)H2O2加速老化实验结果表明,180℃时制备的生物炭中重金属释放比例最高,300–380℃时制备的生物炭中重金属的释放比例较低,高温制备的生物炭表面芳香性高,在老化过程中更稳定。水作液化溶剂时生物炭中重金属化合物的抗氧化性最低,乙醇液化生物炭的抗氧性最强,灰分含量和木质素含量较高的污泥液化生物炭的抗氧化性较高。KOH使得生物炭老化后Cd的释放比例降低,但仍然释放了40.06%-47.96%。FeCl3对应生物炭老化后的Cd释放比例下降,Zn和Mn的释放比例大幅降低。磷灰石使得生物炭老化后Cd、Cr、Zn和Mn的释放比例下降。氧化过程让生物炭中芳香化合物及酚羟基结构不稳定,改变表面结构,使芳香族成分减少,羟基、羧基等酸性官能团含量增加,致重金属结合不稳定而被释放。(2)土柱淋溶实验结果表明碱性土壤条件使得重金属释放量更大,而碱性土壤使得重金属释放量更少;较低 pH 的模拟酸雨会使生物炭土壤系统中重金属的总量释放有所降低;高浓度有机质输入会显著促进重金属的释放;长期淹水条件会降低氧化还原电位、升高pH,促进重金属Zn和Ni的释放,70%持水率促进了重金属Cd和Cr 的释放;土壤温度的升高促进生物炭中重金属的释放。(3)动力学模型拟合结果表明在实验前期重金属的释放机制主要以表面冲洗为主,而中后期则主要以微孔扩散传质为主。本项目优化了生物炭制备工艺参数,丰富了生物炭环境行为的基础理论,为生物炭的安全应用提供了科学依据。依托本项目发表高水平论文7篇,其中ESI高被引论文一篇,培养3名硕士研究生。
地下部互作增强油菜修复镉污染土壤能力研究
  • 批准号:
    2018JJ3222
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    肖智华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金