污泥基生物炭中重金属形态分析和应用风险评价

摘要

为了研究市政污泥制成的污泥基生物炭作为废水和固废吸附剂在工农业中应用的安全性,把生物炭中存在的重金属作为主要污染因子,分析该因子对污泥基生物碳安全应用的影响.该研究利用烘干后的市政污泥为原料,在缺氧条件下、以热解温度为变量,制备得到一批污泥基生物炭.通过火焰原子分光光度法测定生物炭中重金属的种类和含量,并从中选取了危害性较大的铅Pb、镉Cd、铬Cr作为主要评价指标.并用BCR化学提取法提取各金属形态,同时采用硫酸-硝酸法对比分析烘干污泥和不同种类的污泥基生物炭之间的浸出毒性变化.然后通过Hakanson方法来评价不同种类的污泥基生物炭在环境中的潜在生态风险.500°C的生物炭中重金属含量最大,分别为Cd:21.44mg/kg,Cr:127.31 mg/kg,Pb:136.74 mg/kg,900°C的生物炭中含量最小,分别为Cd:10.73 mg/kg;Cr:77.75 mg/kg,Pb:59.53 mg/kg;金属Cd、Cr和Pb的相对富集系数EF都＞1,因此都呈富集状态.热解温度影响重金属的形态分布,900°C的生物炭中重金属残渣态比重最高,其比重最大值为Cr:77％,Pb:83.4％.Cd元素的残渣态比重基本不变,基本维持在40％～ 45％范围,900°C时Cd、Cr和Pb中的铁锰态和可交换态比重的和分别为3.64mg/kg;20.11 mg/kg和12.63 mg/kg,且其浸出毒性皆低于《农用污泥污染物控制标准》《GB 4284-2018》(表1中B级)的排放限值.生物炭生态风险评价结果显示:热解温度为900°C时的生物碳的潜在生态风险最小,Cd的Cf=1.45,Er=43.48为轻微重金属污染和中等生态分险,Cr的Cf=0.31,Er=0.62,为无污染和低等生态风险;同时生物炭的潜在生态风险指数RI=46.12 ＜50,为轻微生态危害.因此在700～ 900°C条件下制备的生物炭吸附性能好,浸出毒性低,生态风险低.