FeCl3强化鱼污泥水热炭化：磷回收与重金属转化的协同调控机制及环境应用

针对水产养殖污泥（FS）中磷资源浪费与重金属污染问题，研究团队创新性采用FeCl3辅助水热炭化（HTC）技术，成功制备富含缓释Fe-P（铁结合态磷）的水热炭（HC），其Fe-P占比达40.58%，比表面积提升至17.76 m2/g，同时实现Cd、Pb等重金属有效固定。该研究为水产废弃物资源化与磷循环提供了可持续解决方案。

　　

全球磷资源危机与水产养殖污染的双重压力下，每年数百万吨富含磷（3-7%）的鱼污泥（FS）被直接排放，既造成近海富营养化，又浪费了宝贵的磷资源。传统处理方法难以兼顾磷回收与重金属风险控制，而水热炭化（Hydrothermal Carbonization, HTC）技术因其对高湿废弃物的适应性备受关注。然而，如何定向调控磷形态（如植物易吸收的Fe/Al-P）并降低重金属活性，仍是技术难点。

针对这一挑战，来自中国的研究团队在《Environmental Technology》发表研究，创新性地将FeCl₃作为HTC添加剂，系统探究了其对水热炭（HC）特性、磷形态转化及重金属迁移的影响。研究通过多尺度表征与反应机制解析，证实0.3 M FeCl₃可协同实现磷高效回收（82.25%）与重金属稳定化，为水产污泥资源化提供了“一石二鸟”的解决方案。

关键技术方法
研究以中国文昌凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）养殖场的FS为原料，采用50 mL高压反应釜进行HTC（240°C，2 h），对比不同浓度FeCl₃（0-0.8 M）处理效果。通过Hedley连续提取法分析磷形态，结合XRD、SEM-EDS、BET等技术表征HC理化性质，并利用ICP-MS检测重金属总量及DTPA提取态生物有效性。

研究结果

3.1 HC物化特性

• 孔隙结构：0.3 M FeCl₃使HC比表面积从5.27 m²/g提升至17.76 m²/g，Fe³⁺作为路易斯酸促进有机物降解与芳构化。
• 稳定性：TG分析显示FeCl₃处理使HC热解峰温从378°C升至454°C，FTIR证实芳香族C=C键（1450 cm^-1）增强，稳定性显著提高。

3.2 磷形态调控

• 转化机制：FeCl₃通过酸性环境溶解Ca-P（如CaCO₃），释放的PO₄^3-与Fe³⁺结合形成Fe₄(PO₄)₃(OH)₃等晶体（XRD验证），NaOH-P（Fe/Al-P）占比从12%跃升至40.58%，成为主导磷形态。

3.3 重金属行为

• 迁移规律：酸性条件下Cd、Pb、Zn向液相迁移，HC中浓度分别降至1.63 mg/kg、17.83 mg/kg；而As因碱性溶解特性在HC中富集（5.44 mg/kg）。
• 环境风险：DTPA提取率显示HTC使Cd生物有效性降低98%（0.0199% vs 原料0.0995%），最终HC产品符合中国有机肥标准（Cd≤3 mg/kg）。

结论与意义
该研究揭示了FeCl₃-HTC体系中“磷固定-重金属脱毒”的协同机制：酸性环境促进Ca-P向Fe-P转化，同时通过Fe-O-P键合与矿物共沉淀降低重金属活性。所得HC兼具缓释肥效（Fe-P占比40.58%）与低环境风险（重金属达标），为水产污泥“变废为宝”提供了技术范式。研究不仅填补了FS磷形态定向调控的理论空白，更为中国磷资源循环与近海污染治理提供了可推广的实践路径。