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城市污水厂生物法处理污水过程中会产生大量的剩余污泥,剩余污泥中有机质含量丰富(可达50%以上),资源化潜力巨大。本文以城市污水厂剩余污泥为研究对象,对污泥的预处理过程及污泥生物炭的制备和吸附性能进行研究,以期实现污泥的分质资源化,提高剩余污泥的资源化利用效率。采用响应面法对北京市清河污水处理厂的剩余污泥进行热碱预处理工艺参数的优化,结果表明:温度、pH、处理时间是影响剩余污泥处理效果的关键因素。溶出蛋白质浓度最高的工艺参数为:175.6℃、pH 13.0和1.2 h,当污泥浓度为(9.7±0.2)g/L(VSS)时,该条件下溶出的上清液中具有大量的有机物质,其中蛋白质浓度为405.8mg/(g·VSS),蛋白质溶出率为66.12%,具有厌氧发酵产甲烷的潜力。对城市剩余污泥和热碱处理后污泥固形物进行热裂解碳化,制备污泥生物炭和热碱处理污泥生物炭的过程进行了优化研究。研究表明:在600.0℃、1.0 h、升温速率22.5℃/min和N2为保护气的条件下制备热碱处理污泥生物炭,可以在较低能耗下得到最高的比表面积。最优条件下制备的热碱处理污泥生物炭中含有大量的羟基、羧基和羰基等,BET比表面积(89.906 m~3/g)、孔径(9.664 nm)和孔容(0.188 cm~3/g)等较相同条件下的污泥生物炭有较大提高(分别为62.651 m~3/g、9.102 nm、0.141cm~3/g)。对污泥生物炭(SC)和热碱预处理污泥生物炭(TSC)吸附溶液中阳离子染料的过程进行了研究。研究表明:两种生物炭对阳离子黄X-6G和阳离子红X-GRL的吸附均符合准二级动力学模型和Langmuir模型;吸附溶液初始pH值越高,生物炭对阳离子染料的吸附效果越好;相同吸附条件下,热碱处理污泥生物炭对两种阳离子染料的吸附效果均优于污泥生物炭对相应阳离子染料的吸附效果;生物炭对阳离子染料的吸附机理可能包括物理吸附、表面络合和离子交换等。