污水厂剩余污泥的处理处置已经成为当前研究的一个热点。利用污泥制备生物炭是一种极具有应用前景的资源化利用方式,将其作为一种炭的存储材料施用于土壤,可调节土壤性质、缓解土壤重金属污染和温室气体排放的问题。本文利用污泥制备生物炭,研究污泥基生物炭和重金属对土壤性质变化、温室气体排放的影响。以城市污水厂剩余污泥为原料,探讨利用气氛马弗炉制备污泥基生物炭的最优条件。通过单因素实验和响应曲面实验设计,KOH溶液浓度、热解时间、热解温度和氮气流量对污泥基生物炭碘吸附值的影响。单因素的实验结果为KOH溶液浓度2.5moL/L,热解时间2.5h,热解温度600℃和氮气流量200mL/min;在单因素实验的基础上,响应曲面实验的结果为:活化剂浓度2.23moL/L,热解时间1.6h,热解温度581℃和氮气流量200mL/min;最佳碘值为286.26mg/g。水稻培育实验考察了污泥基生物炭对土壤性质变化、重金属形态分布和土壤温室气体排放的影响以及重金属对土壤性质的影响。(1)污泥基生物炭使土壤从弱酸(pH为6.19)变为弱碱(pH为7.07和pH为7.45);同时也增大了土壤的阳离子交换量,提高土壤对营养物质和水分的保持能力;污泥基生物炭提高土壤的含水率、TOC、氮素含量;此外提高了土壤微生物总量和增强了酶活性。同对照组相比,污泥基生物炭添加比例为5%和10%的实验组,CH4的累积排放通量分别减少了 92.11%和95.60%;N2O的累积排放通量分别减少了82.90%和 85.01%。(2)Cd和高浓度的Cu、Zn抑制了细菌的生长繁殖,而低浓度的Cu和Zn则有促进作用;重金属对土壤真菌均有抑制作用,强弱为Zn>Cu>Cd;重金属均增强过氧化氢酶活性,作用大小为Cd>Cu>Zn;重金属对脲酶活性的作用表现不同,Zn有促进作用,而Cd和Cu相反;水稻不同部位对Cd、Cu和Zn富集的质量分数大小:根部>茎>叶。对土壤温室气体排放的影响,100mg/kg的Cu促进了 N20的排放,其余处理组均为抑制作用;对甲烷的排放而言,Zn起到促进作用,而Cd和Cu则抑制了甲烷的排放。(3)污泥基生物炭和重金属共存于土壤时,一方面污泥基生物炭会影响重金属的形态分布,即减少有效态的含量,增加固定态的含量;另一方面在对温室气体排放的影响时,污泥基生物炭处于主导地位。