CN110395784A - 一种污泥与红壤混合制备新型生物炭及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的方法及应用，该制备方法是将污水处理厂剩余污泥与红壤按一定比例混合，经干燥、高温炭化和硝酸改性制备出多孔结构的新型生物炭，可促进电子传递、加速有机物的降解。污泥和红壤里都含有丰富的矿物质元素，提供微生物生长所必需的元素，尤其是红壤中丰富的铁元素能够满足参与微生物体内新陈代谢的酶所需；红壤呈酸性，污泥呈弱碱性且具有一定pH缓冲能力，混合后进行炭化能够稳定微生物生长所适宜的中性pH。红壤的加入有助于提高混合生物炭的强度，从而延长使用寿命和提高回收率。本发明以污泥和红壤作为生物炭制备原料，绿色高效廉价，制备成本低，具有良好的环境和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于生物炭技术领域，也属于鱼缸水质净化领域，特别涉及一种污泥与红壤混合制备新型生物炭及制备方法和应用。
背景技术
污水厂的建设运行伴随着大量剩余污泥的产生，污泥中通常含有人类致病菌、重金属等有害物质，会对环境造成二次污染并威胁人类健康。2016年底，全国处理污水量达到1.5亿m3/d，污泥产生量以含水率80％计，总量近3000万吨，随着水量增加和污水厂提标改造，预计2020年我国的污泥产量将突破6000万吨(含水率80％)。我国目前主要的污泥处置方法有卫生填埋、土地利用和焚烧后建材利用等。从日本和欧洲等发达国家的污泥处理处置情况来看，污泥的资源化利用是我国未来的重点和发展趋势。从污泥中提取能源是污泥资源化利用的重要内容。污泥中的有机物经过炭化形成固定炭，再经过酸处理等活化方法形成最终的污泥炭，90％以上的重金属如Ni、Zn、Fe等被固定到固体中，在环境领域可作为有效的吸附剂或催化剂。制备污泥炭能够实现污泥的无害化、有效利用污泥中的资源并固定碳元素减少温室气体的排放。
红壤发育于热带和亚热带雨林、季雨林或常绿阔叶林植被下的土壤，缺乏碱金属和碱土金属而富含铁、铝氧化物。pH为4.0～5.5，呈酸性。有机质含量低于20g/kg，耕性差。因此，开发红壤的多种利用途径具有重要的意义。加入炭化污泥，一方面可以中和土壤的酸性，提高土壤pH；另一方面，还可以提高有机碳含量，提高土壤有效磷和速效钾及土壤交换性盐基阳离子含量，提高酸性土壤的肥力水平。
随着人们生活水平的提高，在家中或酒店等场所用鱼缸养观赏鱼成为一种时尚。而观赏鱼对水质的要求一般比较高，如果水体发生异臭、水面出现油膜、水中pH过高或过低、营养盐过高、溶解气体含量过高等情况，都会导致鱼类的死亡。鱼缸水污染主要由鱼的喂食与排泄引起的，如果鱼的数量适当，且鱼缸有良好的过滤系统，半个月换一次水，每次换1/3的水就可以。因此，鱼缸的水需要改良和净化以保证鱼生存的水质环境。
发明内容
针对鱼缸水质易污染、城市污水厂剩余污泥处置难和酸性土壤不易耕种等难题，本发明提供了一种污泥与红壤混合制备新型生物炭及制备方法和应用。
为了解决上述问题，本发明采用了下列技术方案：
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取机械脱水污泥，加入红壤，按比例混合，移入烘箱干燥，并研磨过筛，加入田菁粉，再与硝酸溶液混合，揉捏成条状混合泥；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干，再放入烘箱烘干；在氮气气氛下，于立式管式炉中焙烧，炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于硝酸溶液中，密封条件下，低温处理；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，得到新型生物炭。
所述步骤(1)中机械脱水污泥的含水率为75～85％；红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1～3:1；烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48～96h；研磨过筛为200～300目筛；田菁粉的投加质量为混合物质量的4～5％；硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；条状混合泥的直径为1～3mm，长度为2～5mm。
所述步骤(2)的自然晾干时间为2～3天，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6～12h；氮气流速为50～80mL/min，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h。
所述步骤(3)中硝酸溶液的浓度为6mol·L-1；低温处理的温度为0℃，处理时间为24～36h；烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取机械脱水污泥，加入红壤，按比例混合，移入烘箱干燥，并研磨过筛，加入田菁粉，再与硝酸溶液混合，揉捏成条状混合泥；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干，再放入烘箱烘干；在氮气气氛下，于立式管式炉中焙烧，炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于硝酸溶液中，密封条件下，低温处理；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，得到新型生物炭。
所述步骤(1)中机械脱水污泥的含水率为75～85％；红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1～3:1；烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48～96h；研磨过筛为200～300目筛；田菁粉的投加质量为混合物质量的4～5％；硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；条状混合泥的直径为1～3mm，长度为2～5mm。
所述步骤(2)的自然晾干时间为2～3天，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6～12h；氮气流速为50～80mL/min，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h。
所述步骤(3)中硝酸溶液的浓度为6mol·L-1；低温处理的温度为0℃，处理时间为24～36h；烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法：将新型生物炭放入滤袋内，按照混合生物炭0.1～0.5g/L的投加量放置于鱼缸水中，每隔半个月更换一次水，每次更换1/2的水。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.通过将污泥和红壤按一定比例混合，污泥中丰富的微量元素可以供给微生物生长繁殖所需，红壤中丰富的铁元素可以供给参与微生物新陈代谢的酶所需，污泥呈弱碱性能够中和红壤的酸性，具有缓冲能力，稳定鱼缸水的中性pH。污泥炭和新型生物炭的元素组成(wt.％)和pH见表1；
表1
2.针对市面上销售的火山石、沸石等过滤材料具有掉渣严重和单纯污泥炭易粉碎的缺点，本发明在污泥中加入红壤，减少混合泥中的有机质含量，从而减少在炭化过程中产生的气体，增强了生物炭的强度，延长了生物炭的使用寿命。
3.用6mol·L-1硝酸对生物炭进行改性，如表2所示，能够有效增加生物炭的比表面积、孔隙和孔容。如图2所示，经过40℃和80℃高温改性的生物炭由柱状变为粉末状，而在0℃低温改性的生物炭仍保持原有的柱状结构。因此，本发明采用的硝酸低温改性是一种有效提高生物炭活性的方法。混合生物炭的基本物理性质见表2；
表2
注：YHC为原混合生物炭；HC-N为硝酸改性生物炭，其中T0、T40和T80分别代表改性时的温度为0℃、40℃和80℃。
4.将新型生物炭用于鱼缸水质净化，利用生物炭的吸附和微生物降解的作用来净化水质，比一般鱼缸水质过滤料使用的时间长，用量为0.1～0.5g/L，用量少，换水周期为2周左右，延长了换水周期，每次换1/2的水，节约换水量，并且能够将浊度控制在2.1以下，pH维持在中性，满足大多数观赏鱼的生长条件。
5.本发明的新型生物炭，利用污泥改善红壤的微孔结构，提高了土壤交换性盐基阳离子含量，增强其吸附和离子选择交换的性能，有利于NH4 +-N离子和PO4 3-离子进入生物炭颗粒内部供给细菌生长，降低水中氮和磷的含量。
本发明的目的是针对鱼缸水质易污染，提出一种低成本、高效率的水质净化剂，同时解决传统污泥处置方法如填埋、焚烧等会导致资源和能源的浪费、添加化学药剂改良红壤用于耕种农作物成本较高等难题。
附图说明
图1是新型生物炭制备与应用的流程简图；
图2是三种温度下硝酸改性后的混合生物炭形貌图；
图3是实施例1的实验条件下1#鱼缸水质和2#鱼缸水质指标与某商业过滤材料鱼缸水质的对比图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
新型生物炭的制备与应用如图1所示，一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取含水率为75％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层，机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48h；并研磨过筛200目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为3mm，长度为5mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干3天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为12h；在氮气气氛下，氮气流速为80mL/min，于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理36h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h，得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取含水率为75％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层，机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48h；并研磨过筛200目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为3mm，长度为5mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干3天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为12h；在氮气气氛下，氮气流速为80mL/min，于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理36h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h，得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法如下：
选取孔雀鱼放入两个封闭式智能鱼缸，1#鱼缸作为对照组，2#鱼缸作为实验组，每个鱼缸尺寸：长×宽×高＝60cm×30cm×50cm，鱼缸水深为40cm，每个鱼缸分别放20条。每个鱼缸有配置的增氧泵、水泵、加热棒、LED灯等，水温保持在25～26℃，实验用水为日常生活用水经过充分晾晒去除水中的余氯。保证鱼正常喂食，观察鱼每天吃食状态和生长状态，并定期记录数据。
加入改性混合生物炭HC-N，0.5g/L，经过15d后，检测1#和2#鱼缸中的指标见表3；
表3
实施例2：
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取含水率为85％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层，机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1，移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为84h；并研磨过筛200目筛，加入田菁粉，投加质量为混合物质量的5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为3mm，长度为5mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干3天；再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为12h；在氮气气氛下，氮气流速为80mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理36h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取含水率为85％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层，机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1，移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为84h；并研磨过筛200目筛，加入田菁粉，投加质量为混合物质量的5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为3mm，长度为5mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干3天；再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为12h；在氮气气氛下，氮气流速为80mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理36h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法如下：
选取孔雀鱼放入两个封闭式智能鱼缸，1#鱼缸作为对照组，2#鱼缸作为实验组，每个鱼缸尺寸：长×宽×高＝60cm×30cm×50cm，鱼缸水深为40cm，每个鱼缸分别放20条。每个鱼缸有配置的增氧泵、水泵、加热棒、LED灯等，水温保持在25～26℃，实验用水为日常生活用水经过充分晾晒去除水中的余氯。保证鱼正常喂食，观察鱼每天吃食状态和生长状态，并定期记录数据。
混合生物炭HC-N的投加量改为0.4g/L，经过15d后，检测1#和2#鱼缸中的指标见表4；
表4
实施例3：
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取含水率为80％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为2:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为72h；并研磨过筛250目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为2mm，长度为3mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为8h；在氮气气氛下，氮气流速为60mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理30h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取含水率为80％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为2:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为72h；并研磨过筛250目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为2mm，长度为3mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为8h；在氮气气氛下，氮气流速为60mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理30h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法如下：
选取孔雀鱼放入两个封闭式智能鱼缸，1#鱼缸作为对照组，2#鱼缸作为实验组，每个鱼缸尺寸：长×宽×高＝60cm×30cm×50cm，鱼缸水深为40cm，每个鱼缸分别放20条。每个鱼缸有配置的增氧泵、水泵、加热棒、LED灯等，水温保持在25～26℃，实验用水为日常生活用水经过充分晾晒去除水中的余氯。保证鱼正常喂食，观察鱼每天吃食状态和生长状态，并定期记录数据。
混合生物炭HC-N的投加量改为0.3g/L，经过7d后，检测1#和2#鱼缸中的指标见表5；
表5
实施例4：
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取含水率为80％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为2:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为84h；并研磨过筛250目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4～5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为2mm，长度为4mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为10h；在氮气气氛下，氮气流速为70mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理30h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取含水率为80％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为2:1；移入烘箱干燥，烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为84h；并研磨过筛250目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4～5％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为2mm，长度为4mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为10h；在氮气气氛下，氮气流速为70mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理30h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法如下：
选取孔雀鱼放入两个封闭式智能鱼缸，1#鱼缸作为对照组，2#鱼缸作为实验组，每个鱼缸尺寸：长×宽×高＝60cm×30cm×50cm，鱼缸水深为40cm，每个鱼缸分别放20条。每个鱼缸有配置的增氧泵、水泵、加热棒、LED灯等，水温保持在25～26℃，实验用水为日常生活用水经过充分晾晒去除水中的余氯。保证鱼正常喂食，观察鱼每天吃食状态和生长状态，并定期记录数据。
混合生物炭HC-N的投加量改为0.5g/L，经过15d后，检测1#和2#鱼缸中的指标见表6
表6
实施例5：
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，通过下述方法制备得到：
(1)称取含水率为85％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为3:1；移入60℃烘箱干燥48h，并研磨过筛300目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为1mm，长度为2mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6h；在氮气气氛下，氮气流速为50mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理24h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取含水率为85％的机械脱水污泥，加入红壤，红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为3:1；移入60℃烘箱干燥48h，并研磨过筛300目筛；加入田菁粉，投加质量为混合物质量的4％；再与硝酸溶液混合，硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；揉捏成条状混合泥直径为1mm，长度为2mm；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干2天，再放入烘箱烘干，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6h；在氮气气氛下，氮气流速为50mL/min；于立式管式炉中焙烧，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h；炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于浓度为6mol·L-1的硝酸溶液中，密封条件下，0℃低温处理24h；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h；得到新型生物炭。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用：用于净化鱼缸水质。
一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法如下：
选取孔雀鱼放入两个封闭式智能鱼缸，1#鱼缸作为对照组，2#鱼缸作为实验组，每个鱼缸尺寸：长×宽×高＝60cm×30cm×50cm，鱼缸水深为40cm，每个鱼缸分别放20条。每个鱼缸有配置的增氧泵、水泵、加热棒、LED灯等，水温保持在25～26℃，实验用水为日常生活用水经过充分晾晒去除水中的余氯。保证鱼正常喂食，观察鱼每天吃食状态和生长状态，并定期记录数据。
混合生物炭改为原混合生物炭YHC，投加量为0.1g/L，经过15d后，检测1#和2#鱼缸中的指标见表7；
表7
从具体实施例可见，实施例1、实施例3与实施例4的通过投加混合生物炭HC-N能够有效净化水质，浊度维持在较低水平1.3～2.1，pH稳定在6.9～7.3左右，符合孔雀鱼生长繁殖所需的pH，CODMn、氨氮和总磷的值都较低，能够满足孔雀鱼对水质的要求。实施例2与实施例1相比，混合生物炭YHC-N的投加量减少，水质变差，pH下降，浊度、CODMn、氨氮和总磷增加，有一条孔雀鱼死亡。实施例5与实施例1相比，投加的混合生物炭改为原混合生物炭YHC即不经过硝酸活化处理，水质变差，比没有投加混合生物炭的鱼缸中水质略好，但是这样的水质也不能保证所有孔雀鱼存活，导致3条鱼死亡。总体而言，通过投加适量的混合生物炭HC-N，混合生物炭能够吸附水中的有机物、氨氮和总磷，并将有机物在其表面催化转化为CO2和H2O等小分子物质，从而有效净化水质，降低浊度、减少水中污染物的含量，有利于鱼类的生长和繁殖，减少换水频率和换水量，建立起鱼类生长的适宜水环境。
Claims (10)
1.一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，其特征在于：通过下述方法制备得到：
(1)称取机械脱水污泥，加入红壤，按比例混合，移入烘箱干燥，并研磨过筛，加入田菁粉，再与硝酸溶液混合，揉捏成条状混合泥；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干，再放入烘箱烘干；在氮气气氛下，于立式管式炉中焙烧，炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于硝酸溶液中，密封条件下，低温处理；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，得到新型生物炭。
2.根据权利要求1所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，其特征在于：所述步骤(1)中机械脱水污泥的含水率为75～85％；红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1～3:1；烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48～96h；研磨过筛为200～300目筛；田菁粉的投加质量为混合物质量的4～5％；硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；条状混合泥的直径为1～3mm，长度为2～5mm。
3.根据权利要求1所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，其特征在于：所述步骤(2)的自然晾干时间为2～3天；烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6～12h；氮气流速为50～80mL/min，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h。
4.根据权利要求1所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭，其特征在于：所述步骤(3)中硝酸溶液的浓度为6mol·L-1；低温处理的温度为0℃，处理时间为24～36h；烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h。
5.一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取机械脱水污泥，加入红壤，按比例混合，移入烘箱干燥，并研磨过筛，加入田菁粉，再与硝酸溶液混合，揉捏成条状混合泥；
(2)将条状混合泥在室温下自然晾干，再放入烘箱烘干；在氮气气氛下，于立式管式炉中焙烧，炭化后自然冷却至常温，得到混合生物炭；
(3)将混合生物炭浸没于硝酸溶液中，密封条件下，低温处理；用去离子水洗至中性，于烘箱中烘干，得到新型生物炭。
6.根据权利要求5所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中机械脱水污泥的含水率为75～85％；红壤为土体结构A0层，即距地表5cm内的枯枝落叶层；机械脱水污泥与红壤的质量比例为1:1～3:1；烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为48～96h；研磨过筛为200～300目筛；田菁粉的投加质量为混合物质量的4～5％；硝酸溶液浓度为6mol·L-1，硝酸溶液质量为混合物质量的0.5～1％；条状混合泥的直径为1～3mm，长度为2～5mm。
7.根据权利要求5所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的自然晾干时间为2～3天，烘箱烘干温度为150℃，烘干时间为6～12h；氮气流速为50～80mL/min，立式管式炉升温速率为3℃/min升温至800℃，焙烧3h。
8.根据权利要求5所述一种污泥与红壤混合制备的新型生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中硝酸溶液的浓度为6mol·L-1；低温处理的温度为0℃，处理时间为24～36h；烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为3h。
9.一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用，其特征在于：用于净化鱼缸水质。
10.一种污泥与红壤混合制备新型生物炭的应用方法，其特征在于：将新型生物炭放入滤袋内，按照混合生物炭0.1～0.5g/L的投加量放置于鱼缸水中，每隔半个月更换一次水，每次更换1/2的水。
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| CN111111665A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 太原理工大学 | 一种负载型金属催化剂及其制备方法 |
| CN112844426A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-28 | 太原理工大学 | 一种红壤热解制备异相芬顿催化剂的方法 |
| CN114345296A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 淮阴工学院 | 磁性活性炭-赤泥复合吸附剂的制备方法 |
| CN114345296B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-06-30 | 淮阴工学院 | 磁性活性炭-赤泥复合吸附剂的制备方法 |
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