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不同生物炭协同蚯蚓钝化工业污泥中重金属及环境风险研究
1
作者 王兴明 刘欣 +1 位作者 沈露 储昭霞 《环境工程技术学报》 北大核心 2025年第4期1342-1353,共12页
为探讨不同类型生物炭协同蚯蚓堆肥对工业污泥重金属(Cu、Zn、Pb、Ni)生物有效性和安全风险的影响,分别将3种生物炭(稻壳炭、竹炭、秸秆炭)和蚯蚓添加到工业污泥中堆肥,分析不同类型生物炭协同蚯蚓堆肥对污泥理化性质以及重金属总量、... 为探讨不同类型生物炭协同蚯蚓堆肥对工业污泥重金属(Cu、Zn、Pb、Ni)生物有效性和安全风险的影响,分别将3种生物炭(稻壳炭、竹炭、秸秆炭)和蚯蚓添加到工业污泥中堆肥,分析不同类型生物炭协同蚯蚓堆肥对污泥理化性质以及重金属总量、有效态含量、形态和环境风险的影响。结果表明:蚯蚓堆肥相较于污泥单独堆肥,能降低污泥pH和OM含量,升高TN、TP含量及EC;3种生物炭与蚯蚓协同进一步降低污泥pH和OM含量,增加TN、TP含量与EC,其中4%竹炭的添加效果最佳。与污泥堆肥和蚯蚓堆肥相比,生物炭协同蚯蚓堆肥显著降低重金属含量和生物有效性,4%稻壳炭协同蚯蚓堆肥对Ni、Cu、Zn的去除效果较好,重金属总量较对照组分别下降31.71%、13.51%、25.89%(P<0.05),有效态含量分别下降42.80%、23.27%、11.06%(P<0.05)。形态分析表明:生物炭协同蚯蚓堆肥将Cu向有机结合态和残渣态转化,Pb、Ni、Zn向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,其中4%竹炭协同蚯蚓堆肥时转化率最高,钝化效果较好。3种生物炭协同蚯蚓处理污泥潜在生态风险(RI)均属于低风险,其中稻壳炭协同蚯蚓处理风险最低(RI为95.9),秸秆炭协同蚯蚓处理风险相对较高(RI为97.04)。健康风险评价发现处理组中非致癌物质通过经口摄入、皮肤接触和呼吸摄入途径对成人和儿童造成的非致癌总风险(HI)均小于1,处于人体可接受水平,秸秆炭协同蚯蚓处理总风险最小(HI为0.092)。综上,生物炭协同蚯蚓堆肥为降低污泥中的重金属含量及生态风险提供了有效策略,其中竹炭在改善理化性质和钝化重金属方面较好,稻壳炭在去除重金属总量和安全性方面优于竹炭、秸秆炭,而秸秆炭则在整体风险控制中表现良好,三者均展现出良好的应用潜力。 展开更多
关键词 工业污泥 重金属 蚯蚓 生物炭 风险评价
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淮南光伏沉陷塘微量元素变化特征及健康风险评价
2
作者 王兴明 胡雨琴 +5 位作者 范廷玉 董众兵 梁淑英 董鹏 储昭霞 邓瑞来 《环境化学》 北大核心 2025年第1期273-287,共15页
为探究沉陷塘与非沉陷塘、光伏沉陷塘与无光伏沉陷塘、漂浮型光伏沉陷塘与立柱型光伏沉陷塘微量元素污染特征和健康风险的差异,本研究选取对光伏沉陷塘中Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Mn、Zn等7种微量元素进行测试分析,利用相关性和聚类分析,并... 为探究沉陷塘与非沉陷塘、光伏沉陷塘与无光伏沉陷塘、漂浮型光伏沉陷塘与立柱型光伏沉陷塘微量元素污染特征和健康风险的差异,本研究选取对光伏沉陷塘中Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Mn、Zn等7种微量元素进行测试分析,利用相关性和聚类分析,并采用单因子污染指数法、内梅罗指数法和USEPA模型对微量元素进行风险评价.结果表明,沉陷塘中Cd大于《中国地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水环境质量标准,最高达11.78μg·L^(−1),Cu、Zn浓度最小值分别为13.75μg·L^(−1)、34.85μg·L^(−1),均大于长江河源区背景值3.01μg·L^(−1)、6.46μg·L^(−1),呈现一定富集现象,其中,Zn富集程度较高;与无光伏沉陷塘相比,沉陷塘微量元素浓度较低,没有受到光伏面板材料的影响或光伏面板影响较小,整体表现为漂浮型光伏电站>立柱型光伏电站>无光伏沉陷塘;单因子指数法和内梅罗指数法发现沉陷塘污染水平整体表现为立柱光伏沉陷塘>漂浮光伏沉陷塘,光伏沉陷塘>无光伏沉陷塘,沉陷塘>非沉陷塘;相关性和聚类分析显示,漂浮光伏沉陷塘的污染源为冶金化工、汽车排放,立柱光伏沉陷塘的污染源为矿业开采、道路交通、燃煤和农业肥料,无光伏沉陷塘的污染源为工业生产、交通运输和内源污染,非沉陷塘的污染源为工业生产、农业肥料和道路交通;健康风险评价发现沉陷塘中非致癌物质通过饮水摄入途径和皮肤接触途径对成人和儿童造成的非致癌总风险HI均小于1,最大为0.133,处于人体可接受水平,致癌物质Cr、Cd对儿童和成人的致癌风险CR小于1×10^(−6),认为无致癌风险或致癌风险较低. 展开更多
关键词 沉陷塘 微量元素 污染评价 相关性和聚类分析 健康风险评价
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淮南典型矿区不同塌陷年龄沉陷塘水中微量元素浓度特征及健康风险 被引量：4
3
作者 程晓静 王兴明 +3 位作者 储昭霞 王运敏 范廷玉 徐晓平 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2022年第2期74-81,88,共9页
[目的]研究淮南典型矿区不同年龄沉陷塘水体5种微量元素Mn,Ni,V,As和Cr浓度变化特征及来源,旨在为采煤沉陷区微量元素风险管控、沉陷塘水环境污染治理提供科学参考和依据。[方法]测定水样的微量元素Mn,Ni,V,As和Cr的含量,运用Pearson相... [目的]研究淮南典型矿区不同年龄沉陷塘水体5种微量元素Mn,Ni,V,As和Cr浓度变化特征及来源,旨在为采煤沉陷区微量元素风险管控、沉陷塘水环境污染治理提供科学参考和依据。[方法]测定水样的微量元素Mn,Ni,V,As和Cr的含量,运用Pearson相关性和主成分析法识别微量元素的来源,同时采用美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险模型对其进行健康风险评价。[结果]①沉陷塘水体微量元素As和Cr的含量符合中国地表水Ⅱ类水质标准,元素Mn,Ni和V的含量在中国地表水环境质量标准限值之内。②不同塌陷年龄沉陷水体微量元素总体变化趋势表现为:青年矿>老年矿>中年矿,随塌陷年龄增加,研究区沉陷水体微量元素含量整体上呈下降趋势。③不同年龄塌陷水体通过饮水途径摄入的非致癌健康风险不会对人体健康产生影响。不同年龄塌陷水体致癌元素(As,Cr,Ni)成人和儿童年均致癌健康风险值在可接受范围内,其中青年矿元素As的致癌风险值相对较大,接近USEPA限值。[结论]受采煤活动影响,煤矿开采初期,沉陷水体微量元素浓度较大,应做好敏感微量元素治理和安全风险管控;随塌陷年龄越加,沉陷塘水体的微量元素对人体产生的健康风险越小。 展开更多
关键词 淮南矿区 采煤塌陷塘 塌陷年龄 微量元素 健康风险评价
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稻壳炭强化城市污泥蚯蚓堆肥过程中重金属变化特征 被引量：3
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作者 王兴明 徐岚 +4 位作者 范廷玉 储昭霞 董众兵 董鹏 邓瑞来 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1648-1656,共9页
为探讨稻壳炭强化蚯蚓堆肥对污泥性质和重金属的影响,本研究以城市污泥为研究对象,添加不同比例稻壳炭对蚯蚓堆肥进行强化处理,探究不同生物炭剂量(污泥干质量的2%、4%、6%、8%)对城市污泥蚯蚓堆肥过程中重金属有效态以及赋存形态的影... 为探讨稻壳炭强化蚯蚓堆肥对污泥性质和重金属的影响,本研究以城市污泥为研究对象,添加不同比例稻壳炭对蚯蚓堆肥进行强化处理,探究不同生物炭剂量(污泥干质量的2%、4%、6%、8%)对城市污泥蚯蚓堆肥过程中重金属有效态以及赋存形态的影响。结果表明:堆肥过程中pH呈先上升后降低的趋势,电导率先降低后升高,有机质呈下降趋势;与对照组(不添加稻壳炭)相比,添加不同比例稻壳炭强化后的电导率、有机质分别降低28.96%~47.46%、2.84%~18.87%;稻壳炭强化的污泥堆肥中养分增加,总氮、总磷和总钾在8%添加量时分别提高9.89%、24.39%和2.51%。当稻壳炭添加到蚯蚓堆肥后,重金属从易迁移转化形态向稳定态转化,在8%添加比例时,Cd、Cu、Ni的残渣态占比较对照组分别提高3.57、19.12、9.27个百分点,有效态分别降低56.25%、34.22%、28.20%;添加4%稻壳炭使Pb由可交换态、碳酸盐结合态向稳定的有机结合态转化,且有效态降低27.69%。相关性分析发现稻壳炭强化蚯蚓堆肥,升高堆体pH降低了污泥中Cd、Cu、Ni、Pb有效态含量。研究表明,稻壳炭强化蚯蚓堆肥可显著提升城市污泥营养元素,改善理化性质,提高污泥中重金属钝化效率。 展开更多
关键词 蚯蚓 稻壳炭 城市污泥堆肥 重金属形态
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秸秆炭协助蚯蚓堆肥条件下污泥中重金属时间性变化特征 被引量：1
5
作者 王兴明 章珍 +3 位作者 储昭霞 董鹏 梁淑英 邓瑞来 《环境工程技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期528-537,共10页
为降低生活污泥中重金属迁移性和有效性,提高其利用率,以某市生活污水处理厂剩余污泥为研究对象,设置污泥单独堆肥为对照组,添加蚯蚓和不同比例玉米秸秆炭(0%、2%、4%、6%和8%),探究秸秆炭协助蚯蚓堆肥条件下污泥中重金属浓度及其有效... 为降低生活污泥中重金属迁移性和有效性,提高其利用率,以某市生活污水处理厂剩余污泥为研究对象,设置污泥单独堆肥为对照组,添加蚯蚓和不同比例玉米秸秆炭(0%、2%、4%、6%和8%),探究秸秆炭协助蚯蚓堆肥条件下污泥中重金属浓度及其有效态的时间变化规律。结果表明,随堆肥时间增加(0~30 d),污泥pH和总氮(TN)浓度先升高后降低,总有机碳(TOC)浓度逐渐降低,电导率(EC)先降低后升高,总磷(TP)和总钾(TK)浓度逐渐增加,堆肥结束时,pH、TOC浓度和TN浓度分别较初始值平均降低6.38%、20.24%和13.44%;重金属Cd、Zn和Pb浓度先降低后升高,Cu、Ni和Cr浓度先升高后降低;重金属Cd、Cu、Ni和Zn有效态浓度先降低后升高,Cr和Pb有效态浓度先升高后降低,堆肥10 d时,Cd、Cu、Ni和Zn有效态浓度较初始值降低最多,平均降低40.99%、30.65%、16.23%和3.17%。秸秆炭的添加能改善污泥弱酸性环境,提高TK浓度,降低EC和TOC、TN、TP浓度;污泥中重金属(除Pb外)浓度及其有效态(除Cu和Pb外)浓度均随秸秆炭添加比例的增加而降低。通过相关性和逐步回归分析得出,秸秆炭协助蚯蚓堆肥主要通过改变污泥pH及EC与TOC、TP浓度影响重金属有效态浓度,且添加8%玉米秸秆炭时污泥中重金属浓度和有效态浓度降低效果最佳。 展开更多
关键词 城市生活污泥 蚯蚓堆肥 玉米秸秆炭 重金属
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光伏电站对沉陷塘冬季水质和浮游植物群落结构的影响
6
作者 王兴明 滕杰 +3 位作者 范廷玉 储昭霞 董众兵 董鹏 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2024年第4期177-186,共10页
[目的]探究水面光伏电站对沉陷塘冬季水质及浮游植物群落结构特征影响,为水面光伏应用于采煤沉陷水域提供数据参考。[方法]对立柱光伏沉陷塘、漂浮光伏沉陷塘和无光伏沉陷塘(对照)的水体和浮游植物群落进行采样调查,并通过Pearson相关... [目的]探究水面光伏电站对沉陷塘冬季水质及浮游植物群落结构特征影响,为水面光伏应用于采煤沉陷水域提供数据参考。[方法]对立柱光伏沉陷塘、漂浮光伏沉陷塘和无光伏沉陷塘(对照)的水体和浮游植物群落进行采样调查,并通过Pearson相关性分析和逐步回归分析进行影响因素分析。[结果]立柱光伏沉陷塘浮游植物共鉴定出41种,漂浮光伏沉陷塘浮游植物共40种,无光伏沉陷塘浮游植物共47种,物种均以硅—绿藻型为主。相较对照沉陷塘,水面光伏电站减弱了沉陷塘光照强度,光伏沉陷塘的电导率(EC)、总溶解固体(TDS)、氧化还原电位(ORP)和氨氮(NH_(3)-N)有所降低,且立柱光伏电站上述指标小于漂浮光伏电站;漂浮光伏电站还能降低水体化学需氧量(COD_(Cr))、总氮(TN)和总磷(TP)的含量。漂浮光伏、立柱光伏沉陷塘的浮游植物种类数、密度和生物量相比与对照沉陷塘均略有降低。而Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均表现为:无光伏沉陷塘>漂浮光伏沉陷塘>立柱光伏沉陷塘。[结论]水面光伏有助于降低冬季水体盐度,保持水体温度与溶解氧含量,并且上述指标立柱光伏电站改善效果比漂浮光伏电站好,在一定程度上漂浮光伏电站还可以改善富营养水体。水面光伏能对浮游植物群落结构产生一定影响,且漂浮光伏对沉陷水体浮游植物影响较立柱光伏小。Pearson和逐步回归分析发现立柱光伏沉陷塘浮游植物群落多样性主要受水温(WT)、总氮(TN)影响,漂浮光伏沉陷塘主要受水温(WT)影响。综合而言,漂浮光伏电站更有利于沉陷塘水质,对浮游植物群落结构影响最小。 展开更多
关键词 水面光伏 采煤沉陷塘 浮游植物群落结构 环境因子
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蚯蚓粘液-秸秆炭共同作用对生活污泥堆肥中重金属的影响 被引量：3
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作者 郇辉辉 储昭霞 +5 位作者 王兴明 范廷玉 董众兵 甄泉 张佳妹 代碧波 《中国生态农业学报（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期577-586,共10页
生活污泥中富含的重金属限制其资源化利用,为钝化重金属活性,降低污泥毒害效果和提高其利用价值,以40 mL蚯蚓粘液和2%、4%、6%、8%秸秆炭为添加剂对2 kg污泥进行堆肥,研究粘液、粘液协同秸秆炭添加对污泥堆肥后重金属变化的影响。结果显... 生活污泥中富含的重金属限制其资源化利用,为钝化重金属活性,降低污泥毒害效果和提高其利用价值,以40 mL蚯蚓粘液和2%、4%、6%、8%秸秆炭为添加剂对2 kg污泥进行堆肥,研究粘液、粘液协同秸秆炭添加对污泥堆肥后重金属变化的影响。结果显示,与对照组污泥堆肥相比,粘液堆肥污泥后pH升高1.42%,总氮、总磷含量降低7.87%、14.18%(P<0.05);而粘液协同秸秆炭堆肥污泥后,污泥逐渐呈碱性,电导率提升5.71%~9.58%(P<0.05),有机质含量升高7.71%~24.60%(P<0.05),丰富了堆体中可溶性离子和有机物含量,但总氮、总钾含量分别降低19.10%~30.95%、7.87%~14.31%。在添加粘液对污泥堆肥后,重金属总量均表现出下降趋势,Ni、Zn、Pb的较活泼形态向难以降解的残渣态转化,使残渣态所占比例较CK处理分别升高61.81%、120.19%、72.51%;当添加粘液和秸秆炭对污泥堆肥后,重金属总量继续表现出下降趋势,碳酸盐结合态Ni和Pb、铁锰结合态Pb、可交换态Zn逐步向稳定的残渣态转化,而有机结合态Cu却向可交换态和残渣态转化,钝化了堆肥污泥中Ni、Zn、Pb,活化了Cu。最后根据分析得出结论,粘液协同秸秆炭改变污泥中pH来影响重金属Ni、Zn、Pb、Cu有效态,粘液+8%秸秆炭处理对污泥重金属的影响较为理想。 展开更多
关键词 蚯蚓粘液 秸秆炭 生活污泥堆肥 重金属含量 重金属形态
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蚯蚓黏液联合竹炭堆肥对污泥中重金属的影响 被引量：4
8
作者 郇辉辉 王兴明 +4 位作者 储昭霞 王运敏 范廷玉 董众兵 徐晓平 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1077-1085,共9页
重金属积聚于生活污泥中限制了其利用价值,为削弱污泥中重金属有效性和提升其可利用性,向污泥中添加蚯蚓黏液和不同比例竹炭(2%、4%、6%和8%),以污泥单独堆肥为对照组,探究黏液联合竹炭对堆肥后污泥的理化性质和重金属行为的影响。结果... 重金属积聚于生活污泥中限制了其利用价值,为削弱污泥中重金属有效性和提升其可利用性,向污泥中添加蚯蚓黏液和不同比例竹炭(2%、4%、6%和8%),以污泥单独堆肥为对照组,探究黏液联合竹炭对堆肥后污泥的理化性质和重金属行为的影响。结果表明,相比污泥单独堆肥,添加黏液提升了污泥pH、电导率(EC)和降低了总氮(TN)、总磷(TP),添加竹炭后,污泥弱酸性环境进一步改善,有机质(OM)和EC提高,但营养元素仍存在一定流失。在单独黏液堆肥时,重金属总量(Pb、Ni、Cu、Zn和Cd)降低,Pb、Ni、Cd的交换态和碳酸盐结合态向残渣态转化,降低其有效性,随着污泥中添加黏液和不同比例竹炭,重金属总量进一步降低,Pb、Ni、Zn交换态和碳酸盐结合态逐渐向残渣态转化,而Cu有机结合态逐渐向交换态、碳酸盐结合态和残渣态转化,降低Pb、Ni、Zn和升高Cu的有效性。通过相关、回归和主成分分析可知,黏液联合竹炭主要改变EC和OM,分别影响污泥中有效Cu和有效Zn、Pb、Ni。黏液+8%竹炭处理在降低污泥中多数重金属有效性的效果最为显著。 展开更多
关键词 蚯蚓黏液 竹炭 污泥堆肥 重金属
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