我国具有丰富的凹凸棒石矿产资源,且价格低廉,采取成本低,但存在的普遍问题是研究起步比较晚,其研发、利用和生产加工水平相对比较落后。加大开发高技术含量、能满足高端行业需求的高科技产品是我国凹凸棒石行业现阶段需要发展的方向。本研究课题从探讨可行的市政污泥安全资源化利用技术出发,采用污泥-凹凸棒石共热解技术实现市政污泥热解固态产物在土壤改良中的资源化安全利用,为污泥安全处理处置与资源化利用提出了一条可观的技术发展路线。根据凹凸棒石和污泥的含水量,按干物质质量分别将不同质量比的凹凸棒石粉末添加入处理后的污泥中,制备7种80目污泥-凹凸棒石共热解生物炭,并测定所得生物炭的理化性质,研究凹凸棒石的添加对共热解生物炭理化性质的影响。采用实际重金属污染土壤钝化实验,通过对污染土壤重金属Cu、Cr、Zn、Ni、Cd的TCLP、DTPA提取态、模拟酸雨土柱淋滤实验以及污染土壤的pH和电导率和有机质等理化性质的分析,研究了不同凹凸棒石添加量污泥共热解生物炭和钝化时间对污染土壤重金属生物有效性的影响研究。实验结果显示:(1)凹凸棒石添加到污泥中共热解后生物炭的C、H含量逐渐下降,O含量逐渐升高,N含量略有下降,有机组分的形式发生改变,生物炭的芳香性逐渐增强,生物炭的亲水性逐渐减弱,含氧官能团的数量逐渐减少。红外光谱分析显示,污泥共热解生物炭的骨架结构应该为芳环不饱和骨架以及醛或酮缩聚结构,基团主要为酚羟基、羧基、甲基和氨基等,并且其含量均是随着凹凸棒石的含量逐渐增加。通过XRD分析可知,共热解生物炭中无机灰分主要由石英(SiO2)、钾盐(KCl)、方解石(CaCO3)和磷钙矿((Ca、Mg)3(PO4)2)等矿物成分组成。通过扫描电镜分析,共热解生物炭其中可能包括了针状晶体、束状集合体等多种凹凸棒石聚集体,其呈现的显微结构特点是比较紧密。(2)不同的凹凸棒石添加量制成的污泥生物炭能够增加土壤的碱性,提高土壤的pH值,土壤的电导率随着生物炭中的凹凸棒石含量增加呈现先增大后减小的趋势,单独的不同污泥生物炭对土壤CEC的影响呈现不出明显的规律性;有机质含量逐渐降低,但整体还是高于原土中的有机质。(3)共热解生物炭的添加能够降低土壤中重金属Cu、Zn、Cr、Cd的DTPA浸出率,但显著性影响程度不同,对重金属Cr的效果最佳,凹凸棒石的添加对重金属Ni的DTPA含量影响与其他重金属相反,呈逐渐增大的趋势。共热解生物炭对土壤重金属TCLP的影响和DTPA的相似,变化趋势也基本一致,但整体影响的变化幅度较小,凹凸棒石含量超过25%后对Cr的影响越大,钝化效果最好;TCLP-内梅罗综合指数评价结果显示,钝化后的土壤污染等级降低了,除重金属Cr外,其他重金属的TCLP浸出含量均小于国际标准值,共热解生物炭对土壤的钝化效果起到了比较显著的作用。(4)在整个淋溶释放过程中,随着淋溶时间的延长,钝化土壤中重金属的累积淋失率总体上呈现淋溶初期高速累积,后期缓慢持续增长的趋势,对各重金属的淋失率均有影响,除了重金属Ni,其他重金属淋失率均是CK>SB>ASB5,而Ni的淋失率相反;各重金属淋失率随时间动力学方程的拟合结果显示,土壤中5种重金属元素都能很好地拟合,其中拟合相关系数较高的是Ni,较差的是Cu,凹凸棒石的添加也在一定程度上减缓了重金属的释放速率。