FESE 玉米秸秆和污水污泥的共水热腐化对提高富氮腐植酸产量的启示
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Zhihua Li, Yuchao Shao, Wenjing He, Zhangrui Luo, Weizhong Huo, Rong Ye, Wenjing Lu
发表时间：20 Sep 2024
DOI： 10.1007/s11783-024-1913-3
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近日，清华大学的陆文静副教授团队在Frontiers of Environmental Science & Engineering期刊第18卷第12期上发表了题为“Insight into the co-hydrothermal humification of corn stalk and sewage sludge for enhanced nitrogen-rich humic acid production”的研究论文。
本文研究了玉米秸秆与污水污泥的共水热腐殖化过程，通过两种不同混合模式进行实验，发现该过程能有效提升水热腐殖酸（HA）的氮含量，且未带来重金属风险，为富氮水热腐殖酸（HHA）的生产提供了科学依据，并探讨了其反应机制及在工程应用中的前景。
玉米秸秆和污水污泥是制备HHA的理想原料。研究通过两种不同混合模式下的共水热腐殖化实验，探索了利用这两种原料生产HHA的可能性。这两种模式分别为：1）玉米秸秆与污水污泥的共水热碳化，随后进行碱性水热腐殖化以产生HHA（简称“模式1”）；2）将玉米秸秆衍生的水热炭与污水污泥混合，再进行碱性水热腐殖化以产生HHA（简称“模式2”）。
图1 (a)玉米秸秆（CS）、污水污泥（SS）及其组合的水炭产量，(b) CS衍生水炭、SS衍生水炭及其组合衍生水炭的HHA产量
在不同原料比例下HHA的产量方面，研究发现，当使用等量的原料比例时，两种混合模式下的HHA产量没有显著差异。然而，在氮含量方面，“模式1”产生的HHA的氮含量几乎是“模式2”的两倍，且含有更多有价值的金属元素。这表明，共水热碳化过程有助于氮元素在HHA中的固定。此外，随着污水污泥在原料中比例的增加，HHA的产量呈现下降趋势，这可能是由于污泥的高灰分含量所致。然而，HHA中的氮含量却随着污泥比例的增加而增加，这表明，污水污泥的添加可以有效提高HHA的氮含量。
图2 玉米秸秆衍生的水炭和污水污泥（HC + SS）的组合获得的水热腐植酸产量与玉米秸秆和污水污泥的组合（CS + SS）获得的产量
在玉米秸秆与污水污泥相互作用对HHA产量和氮含量的影响方面，通过对比单独使用玉米秸秆或污水污泥作为原料时HHA的产量和氮含量，研究发现共水热腐殖化可以显著提高HHA的氮含量。研究还通过实际值与计算值的对比，验证了氮元素在玉米秸秆和污水污泥共水热腐殖化过程中的迁移和转化。在评估HHA中重金属风险方面，研究发现HHA中的重金属含量远低于中国国家标准规定的最大允许限值。
图3（a）通过玉米秸秆和污水污泥的组合获得的HHA产量（实际值）与由单个玉米秸秆水炭衍生的HHA和污水污泥水炭衍生的HHA计算的产量（计算值），（b）通过玉米秸秆衍生的水炭和未经处理的污水污泥的组合获得的HHA产量（实际值）与由单个玉米秸秆水炭衍生的HHA和污水污泥衍生的HHA计算的产量（计算值）
虽然两种混合模式下的HHA产量没有显著差异，但“模式1”在氮含量和有价值金属元素含量方面更具优势。因此，从工程应用的角度来看，“模式1”更具前景。此外，研究还强调了原料中无机物含量对HHA产量的影响，以及水热条件下氮元素迁移和转化的复杂性。
审核 | 陆文静，清华大学
编校 | 高岳
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本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第112期发表的研究文章 “Insight into the co-hydrothermal humification of corn stalk and sewage sludge for enhanced nitrogen-rich humic acid production”。通讯作者为清华大学的陆文静副教授。
引用格式：Zhihua Li, Yuchao Shao, Wenjing He, Zhangrui Luo, Weizhong Huo, Rong Ye, Wenjing Lu. Insight into the co-hydrothermal humification of corn stalk and sewage sludge for enhanced nitrogen-rich humic acid production. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(12): 153 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1913-3
期刊简介
Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊，聚焦环境领域前沿问题与研究成果，重点关注开创性、跨学科的研究，致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台，是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊。
主编：曲久辉院士，John Crittenden院士
期刊官网1（国内免费获取）
http://journal.hep.com.cn/fese
期刊官网2
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