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市政污泥脱水困难是一项世界性难题。课题组前期研究发现Fenton-骨架构建体污泥复合调理技术能有效实现深度脱水。然而,大部分铁元素会残留在脱水泥饼中,产生的大量富铁污泥后续如何处理处置是亟待解决的技术难题。本文以Fenton-碱性废渣（骨架构建体）复合调理体系得到的富铁污泥为处理对象,热解制备污泥富铁生物炭,构建了污泥富铁生物炭污水厂内循环用于污泥调理—厂外土地利用的资源化新模式,重点探讨污泥资源化中关键元素（Fe、C、Al、Ca、Si等）的转化及作用机制,并通过生命周期评价研究了该资源化新模式的环境影响。主要研究成果如下:1.污泥富铁生物炭循环作为污泥调理剂促进污泥深度脱水机理研究以Fenton-碱性废渣调理污泥得到的脱水泥饼为处理对象,将其热解制备的污泥富铁生物炭作为污泥调理剂,替代部分铁源,催化H2O2促进污泥深度脱水。研究结果表明,污泥富铁生物炭溶出的Fe2+可激发均相Fenton反应,表面结合态的铁可激发非均相Fenton反应,协同促进·OH产生。当热解温度为800 oC,污泥初始p H=2.00,污泥富铁生物炭和H2O2投加量分别为0.792和0.072 g/g VS（Volatile Solid）,碱性废渣投加量为0.650 g/g VS,反应时间为40 min时,调理污泥毛细吸水时间（Capillary Suction Time,简称CST）和比阻（Specific Resistance to Filtration,简称SRF）相较原泥可降低83.91%和91.21%。基于上述优化成果,污泥富铁生物炭循环用于污泥调理,三轮循环过程得到的脱水泥饼含水率可稳定降至46 wt%左右。2.污泥富铁生物炭中铁、铝协同催化双氧水分解促进污泥脱水机理研究针对我国市政污泥中无机矿物含量高的特点,探讨了污泥富铁生物炭中主要无机矿物元素（Si、Al、P和Ca）对污泥调理效果的影响,发现当热解温度为800 oC时,污泥富铁生物炭中Fe和Al能反应生成Fe Al2O4,用外加10 wt%Al2O3的污泥热解制备的污泥富铁生物炭催化H2O2得到的调理污泥CST和SRF较原始污泥直接制备的生物炭对应的调理污泥分别降低21.02%和37.32%。密度泛函理论计算和污泥调理实验表明,Fe Al2O4相表面[Fe2+-Al3+]单元中的Fe、Al原子对H2O2分子中的两个氧原子的吸引使H2O2更易分解产生·OH,从而促进污泥内部絮体结合态EPS（Extracellular Polymeric Substance,简称EPS）分解,有效释放污泥内部结合水,提高污泥脱水性能。3.污泥富铁生物炭中铁、碳协同活化分子氧改善污泥脱水性能研究为了克服污泥调理过程中投加的H2O2成本高、存在安全隐患等问题,对污泥富铁生物炭在曝气条件下原位产生H2O2的特性进行了研究。当热解温度为800 oC,污泥初始p H=1.00,污泥富铁生物炭投加量为400 mg/g DS（Dry Solid）时,曝气条件下原位产生H2O2速率最高,反应3 h后污泥液相中H2O2浓度达到0.83 mmol/L。同时发现污泥富铁生物炭中Fe/C（质量比）越低,电荷转移阻抗越小,使生物炭内部Fe~0和Fe（II）更易与O2发生电子交换,从而提高H2O2原位产生速率。污泥调理实验结果表明原位产生的H2O2对污泥具有明显的预氧化破胞作用,后续投加聚二甲基二烯丙基氯化铵（Poly dimethyl diallyl ammonium chloride,简称PDMDAAC）絮凝剂能显著改善污泥脱水性能。在最优条件下:污泥初始p H为3.70,污泥富铁生物炭和PDMDAAC投加量分别为417.3和10.73 mg/g DS时,调理污泥CST和SRF相较原泥分别降低84.57%和90.71%。4.污泥富铁生物炭的硅溶出特性及作为硅肥促进水稻生长研究探讨了污泥富铁生物炭作为硅肥进行厂外土地利用资源化的可行性。发现碱性废渣中关键组分Ca O能与污泥中的石英或铝硅酸盐反应生成铝硅酸钙,从而显著增加污泥富铁生物炭中溶解态硅和有效硅含量。以Fenton-Ca O调理体系为对象,优选热解温度为750 oC,Ca O投加量为5.04 wt%,此时污泥富铁生物炭有效硅含量为77.25mg/g,重复提取17天时累计硅溶出量能达到43.21 mg/g。在水稻水培实验中施用上述优化条件制备的污泥富铁生物炭,与没有外加硅源营养液培养的空白组相比,培育30天后水稻幼苗的茎、根长度分别增加了48.75和62.11%;茎、根生物量分别增加了76.85和36.11%。结果表明,污泥富铁生物炭可作为有效硅缓释源进行土地利用。5.污泥富铁生物炭厂内污泥调理深度脱水—厂外土地利用资源化新模式的生命周期评价通过对“Fenton-碱性废渣污泥调理深度脱水—卫生填埋”污泥处理处置模式与本文提出的“污泥富铁生物炭污泥调理深度脱水—厂外土地利用”资源化新模式进行生命周期评价对比研究,发现本文提出的新模式对全球变暖潜值、酸化潜值、富营养化潜值、可吸入无机物和生态毒性产生的环境负荷均有下降,总环境影响潜值可降低21.71%,说明本文提出的污泥资源化新模式具有显著的环境效益。本文提出的污泥富铁生物炭污水厂内循环用于污泥调理—厂外土地利用的资源化新模式,将为可持续的污泥处理处置技术提供新的思路和技术支撑。