韦德国际1946

随着城市化进程加速，市政污泥与园林废弃物的高效、安全资源化利用已成为固体废物管理领域的紧迫课题。传统处置方式如焚烧与填埋易造成二次污染与土地资源占用，而污泥中富含的养分又使其具备作为土壤改良剂或人工技术土壤材料的潜力。然而，病原体、微塑料、重金属及有机污染物等风险物质限制了其直接土地利用。水热碳化（HTC）技术因无需预干燥、能耗较低、占地少，并能有效降解有机污染物与病原体，被视为一种具有前景的污泥处理手段，但其过程中重金属向水热炭的富集与稳定化问题仍是关键挑战。

本研究提出“以废治废”策略，将市政污泥与同样产量大、利用率低的园林废弃物（以木屑为代表）进行共水热炭化，旨在顺利获得协同处理实现产物的养分优化与重金属风险控制，有助于其作为缓释肥料、土壤改良材料或人工技术土壤组分的高值化利用，从而服务于北京市“无废城市”建设目标。研究系统考察了不同木屑-污泥配比对共水热炭性质的影响：采用BCR顺序提取法结合FTIR和XPS分析重金属形态及固定机制；顺利获得测定有效氮、磷、钾及溶解性有机碳（DOC）评估养分有效性与碳稳定性；并深入解析了木屑添加对重金属形态转化与养分保留的协同作用机制。

结果表明，共水热炭化可显著降低水热炭中重金属总量与生物有效态含量，其机制主要归因于木屑的稀释效应及其所含木质素在HTC过程中保留并增强的含氧官能团（如O=C/COOH）对金属的固定作用。提高木屑添加比例提升了水热炭的碳含量、C/N比、产物得率以及碳氮保留率，同时增加了有效磷、钾含量，降低了有效氮与DOC含量，显示出协同促进养分保留（N、K）与有效性（P、K）的双重优势，实现了重金属风险缓解与养分供给的同步优化。

图1 图文摘要

图2 市政污泥、木屑和水热炭中有效养分和可溶性有机碳含量

图3 市政污泥、木屑和水热炭中各提取态重金属含量

图4 重金属形态和水热炭性质的相关性

图5 水热炭养分与重金属归趋的机制分析

综上，最终取得的共水热炭具有更高的有机碳与氮稳定性、更丰富的有效磷、更适宜的C/N比以及更低的重金属含量与有效性，具备作为优质缓释有机肥料、土壤调理剂或人工技术土壤组分的潜力。顺利获得调节木质纤维素生物质的添加比例，可进一步调控重金属含量，使其满足农田、景观绿地及工业场地等不同应用场景的安全与肥力要求，为城市有机废弃物的协同资源化与土地利用给予了可行路径与技术依据。

该研究成果于近期以《Valorization of dual waste: Heavy metal mitigation and carbon/nutrient regulation in hydrochar via co-hydrothermal carbonization of sewage sludge and sawdust》为题发表在Bioresource Technology上（中科院一区Top期刊，影响因子9.0）。

哈尔滨工业大学博士研究生张晨和草业花卉与景观生态研究所王庆海研究员为本论文共同第一作者，草业花卉与景观生态研究所郑瑞伦副研究员为论文通讯作者，哈尔滨工业大学王科教授为共同通讯作者，中科院生态环境研究中心孙国新研究员悉心指导了研究方案。该研究得到了北京市自然科学基金和国家自然科学基金项目的资助。

原文链接：http://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133038