污泥产量逐年增高,炭化技术作为市政剩余污泥的高资源化处理处置方式近年在我国得到了高度的重视。同为废弃生物质的枯死湿地植物随着人工湿地近年来在我国城市化进程中得到了较好的发展其储备量增大、资源化利用价值高在炭化领域也有较好的发展前景。本文将污泥与多种典型的湿地植物枯杆混合进行炭化,通过单因素实验和固体表征来研究混合炭化效果,利用保肥初步试验确定其在土壤改良方面的实际作用。本论文旨在解决污泥与湿地植物资源化利用率低,污泥单独生物炭性质不理想等问题,同时为炭化工艺制提供一个新思路本论文主要结论如下:(1)湿地植物芦苇、再力花、香蒲炭元素含量分别为47.8%、45.94%、46.21%相较于污泥的35.0%高,污泥挥发分为30.5%远低于芦苇、再力花、香蒲的90.8%、91.57%、94.4%,污泥灰分为40.3%较芦苇、再力花、香蒲的3.2%、2.6%、3.9%高。湿地植物中含有较高的挥发分,较低的灰分和较高的碳元素含量,表明湿地植物中含有较高的有机质含量。(2)污泥单独炭化制备污泥生物炭的最佳炭化条件为:炭化温度500℃、保温时间30 min、污泥原料粒径70目,该条件下污泥生物炭的碘吸附值达到183.6 mg/g,产率为57.7%。表征结果表示该条件下比表面积为23.6 m2/g,平均孔径为10.71 nm;官能团主要含有羟基、羧基、侧链基团、苯环类等,实验得出炭化后产物仍含有丰富的官能团,有较大的利用价值。(3)三种湿地植物制备湿地植物生物炭最佳炭化条件为:炭化温度350℃、保温时间为30min、原料粒径70目,该条件下芦苇、再力花、香蒲生物炭碘吸附值分别达到:261.4 mg/g、280.4 mg/g、295.5 mg/g,生物炭产率分别为40.0%、35.9%、40.8%。表征结果显示该条件下三种湿地植物生物炭比表面积分别达到:83.61 m2/g、92.35 m2/g、105.87 m2/g;官能团表征结果表示中主要含有羟基、羧基、侧链基团以及少量的苯环类官能团,实验得出炭化后产物仍含有丰富的官能团,有较大的利用价值。(4)污泥与三种湿地植物混合炭化制备混合生物炭最佳炭化条件为:炭化温度400℃、保温时间60min、原料粒径70目,该条件下污泥与芦苇、再力花、香蒲混合炭化产物碘吸附值分别为:232.8 mg/g、243.4 mg/g、245.8 mg/g。表征结果可得该条件下三种污泥湿地植物混合生物炭比表面积分别为:58.2 m2/g、68.96 m2/g、71.82m2/g。可知将湿地植物与污泥混合炭化有效地改善了污泥生物炭的吸附性能,扫描电镜显示混合生物炭表面空隙较污泥生物炭多,且空隙壁较薄,香蒲-污泥混合生物炭表面成蜂窝状,具有明显的孔道,且表面附着为堵塞孔道的细小颗粒。FTIR结果显示,混合生物炭含有丰富的官能团。(5)香蒲-污泥生物炭保肥效果初步研究实验发现:土柱中氮、磷的淋出率随着生物炭投加量的增加而减小。生物炭投加量由0g增加到1Og,24h初期氮、磷元素淋出率分别由51.4%、11.8%下降到32.1%、3.4%。10d累积氮、磷淋出率分别由61.3%、27.3%下降到42.3%、6.1%。生物炭的投加对土柱中氮、磷具有保留效果。缓释肥对土壤中的氮、磷具有一定的缓释效果。对比土壤-肥料与土壤-缓释肥,土壤-缓释肥24h初期氮、磷淋出率为18.3%、1.2%较土壤-肥料24h初期氮、磷淋出率的32.2%、3.1%小。10d累积氮、磷淋出率土壤-缓释肥组为33.4%、3.2%较土壤-肥料组的62.2%、6.5%小。生物炭基缓释肥较生物炭对土柱中的氮、磷的保留效果更明显。