CN111672470A - 一种除磷用生物炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除磷用生物炭的制备方法，主要步骤为：将烘干、粉碎的污泥和蛋壳粉末混合并进行绝氧热解处理。本发明同时公开了该除磷用生物炭的使用方法。本发明提供的除磷用生物炭的制备方法通过将城市剩余污泥和废弃蛋壳混合、热解等处理制成生物炭，从而实现废物的资源化利用，可以在很大程度上解决当前污泥回收利用率较低、污泥体积庞大以及腐败变质带来的环境污染问题。本发明的原材料来源丰富、易于获取、成本低廉，方法简单可行，制备得到的生物炭对污废水中磷的去除效果显著稳定。

Description

一种除磷用生物炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及固废资源化利用领域，特别是涉及一种除磷用生物炭的制备方法及其应用方法。
背景技术：
近两个世纪以来，由于人类活动、畜牧业的发展、磷酸盐的广泛使用以及磷酸盐在水体中的直接排放，世界湖泊和河流中的磷酸盐浓度显著增加，进而造成富营养化，破坏了生态系统。另一方面，作为限制植物生长的一个因素，磷是一种有限的资源。磷矿是磷肥的主要磷源，目前世界上的磷矿储量估计在30到300年之间。
世界上已经开发和应用了不同的除磷技术，如化学除磷、生物除磷和物理除磷。其中，化学和生物处理有许多缺点，如副反应、副产物、预处理等，而吸附处理被认为是更经济有效的方法之一。
污泥是污水处理过程中不可避免的副产物，随着城市化的快速发展，在世界范围内产生了大量的城市剩余污泥，主要由各种无机和有机成分组成，包括：SiO2、CaO、Al2O3、MgO、各种过渡金属(Fe、Ni、Co和其他物种)、细菌细胞、生物大分子和有机污染物，通常被视为污染物。城市剩余污泥的总量呈现不断增加趋势，预计到2020年～2025年，我国湿泥饼年产量将突破6000万t(以含水率80％计)，干泥量将达到1200万t。在此背景下，仍有约80％的脱水污泥因未经稳定化处理直接填埋或焚烧而带来二次污染，因此污泥的处理与处置已成为一个不容轻视的问题。
发明内容：
针对目前污泥处置技术无法实现污泥的充分利用的缺陷和不足，以及日益严重的水环境磷污染问题，本发明的目的在于提供一种可充分利用城市剩余污泥制备生物炭的方法，制备获得的生物炭廉价稳定，专门用于去除水体磷污染。此外，本发明还提供了该生物炭的使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种除磷用生物炭的制备方法，具体包括如下步骤：
1)将污泥烘干、粉碎并过筛，得到污泥粉末；
2)将蛋壳清洗、烘干、粉碎并过筛，得到蛋壳粉末；
3)将所述污泥粉末和蛋壳粉末充分混合后进行绝氧热解，热解处理后获得产品。
进一步地，所述步骤3)中，污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：1～3进行混合；绝氧热解的温度为700～900℃，停留时间为1.5～2.5h。
优选地，所述步骤3)中绝氧热解的温度为900℃。
进一步地，所述步骤3)中，污泥粉末和蛋壳粉末的混合采用如下方式：将污泥粉末和蛋壳粉末的混合物加入适量去离子水中，于室温下搅拌6～12h；之后将混合浆料于60～80℃继续搅拌2～4h，得到的凝胶状物质于90～105℃烘干至少12h。
进一步地，所述步骤1)和步骤2)中的过筛处理的筛网目数为100～300目；所述步骤1)和步骤2)中的烘干处理的温度为80～105℃。
进一步地，所述步骤2)中，蛋壳选择碳酸钙含量高于94wt％的蛋壳，例如鸡蛋壳、鸭蛋壳等。
在此基础上，本发明进一步提供所述除磷用生物炭的使用方法，其特征在于：
1)根据废水中磷浓度含量范围确定除磷用生物炭的投加量：当废水中磷浓度低于50mg/L时，除磷用生物炭的投加量为1～1.5g/L；当废水中磷浓度为50～200mg/L时，除磷用生物炭的投加量为2～3g/L；
2)投加完毕后于25℃下恒温搅拌24h。
本发明提供的除磷用生物炭的制备方法通过将城市剩余污泥和废弃蛋壳混合、热解等处理制成生物炭，从而实现废物的资源化利用，可以在很大程度上解决当前污泥回收利用率较低、污泥体积庞大以及腐败变质带来的环境污染问题。本发明的原材料来源丰富、易于获取、成本低廉，方法简单可行，制备的到的生物炭对污废水中磷的去除效果显著稳定。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明技术方案及技术效果做进一步说明。
实施例1
1)取经过脱水处理的城市剩余污泥，先于105℃烘干，之后粉碎，过100目筛，得到粒径约为150μm的污泥粉末；
2)取废弃鸡蛋壳进行清洗，之后于105℃烘干，粉碎，过100目筛，得到粒径约为150μm的蛋壳粉末；
3)将污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：1充分混合，混合过程如下：将两种粉末的混合物加入适量去离子水中，于室温下以120rpm的转速搅拌12h；之后将混合浆料于80℃下继续搅拌3h，得到的凝胶状物质105℃烘干12h。
4)烘干后的混合物于坩埚中进行绝氧热解，热解温度为800℃，停留时间为2h，热解处理后得到除磷用生物炭产品A。
利用实施例1制备的除磷用生物炭处理磷浓度为5mg/L的模拟废水，除磷用生物炭的投加量为1.0g/L。投加完毕后于25℃下恒温搅拌24h。
测定结果表明，经过除磷用生物炭处理后的废水中磷浓度降低至0.06mg/L，去除率达到98.78％。
实施例2
1)取经过脱水处理的城市剩余污泥，先于105℃烘干，之后粉碎，过200目筛，得到粒径约为75μm的污泥粉末；
2)取废弃鸡蛋壳进行清洗，之后于105℃烘干，粉碎，过200目筛，得到粒径约为75μm的蛋壳粉末；
3)将污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：2充分混合，混合过程如下：将两种粉末的混合物加入适量去离子水中，于室温下以120rpm的转速搅拌12h；之后将混合浆料于80℃下继续搅拌3h，得到的凝胶状物质105℃烘干12h。
4)烘干后的混合物于坩埚中进行绝氧热解，热解温度为850℃，停留时间为2h，热解处理后得到除磷用生物炭产品B。
利用实施例2制备的除磷用生物炭处理磷浓度为50mg/L的模拟废水，除磷用生物炭的投加量为2g/L。投加完毕后于25℃下恒温搅拌24h。
测定结果表明，经过除磷用生物炭处理后的废水中磷浓度降低至1.91mg/L，去除率达到96.18％。
实施例3
1)取经过脱水处理的城市剩余污泥，先于105℃烘干，之后粉碎，过300目筛，得到粒径约为48μm的污泥粉末；
2)取废弃鸡蛋壳进行清洗，之后于105℃烘干，粉碎，过300目筛，得到粒径约为48μm的蛋壳粉末；
3)将污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：3充分混合，混合过程如下：将两种粉末的混合物加入适量去离子水中，于室温下以120rpm的转速搅拌10h；之后将混合浆料于70℃下继续搅拌4h，得到的凝胶状物质105℃烘干12h。
4)烘干后的混合物于坩埚中进行绝氧热解，热解温度为900℃，停留时间为2h，热解处理后得到除磷用生物炭产品C。
利用实施例3制备的除磷用生物炭处理磷浓度为200mg/L的模拟废水，除磷用生物炭的投加量为2g/L。投加完毕后于25℃下恒温搅拌24h。
测定结果表明，经过除磷用生物炭处理后的废水中磷浓度降低至2.59mg/L，去除率达到98.70％。
进一步的吸附容量测定结果如表1所示，3个实施例产品的吸附容量均超过50mg/g，其中产品C的吸附容量高达186.81mg/g。
表1 3个实施例获得的生物炭产品的最大吸附容量
Figure BDA0002550037770000051

Claims (8)

1.一种除磷用生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将污泥烘干、粉碎并过筛，得到污泥粉末；
2)将蛋壳清洗、烘干、粉碎并过筛，得到蛋壳粉末；
3)将所述污泥粉末和蛋壳粉末充分混合后进行绝氧热解，热解处理后获得产品。
2.根据权利要求1所述的除磷用生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：1～3进行混合；绝氧热解的温度为700～900℃，停留时间为1.5～2.5h。
3.根据权利要求2所述的除磷用生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中绝氧热解的温度为900℃。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的除磷用生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中污泥粉末和蛋壳粉末的混合采用如下方式：将污泥粉末和蛋壳粉末的混合物加入适量去离子水中，于室温下搅拌6～12h；之后将混合浆料于60～80℃继续搅拌2～4h，得到的凝胶状物质于90～105℃烘干至少12h。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的除磷用生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤2)中，过筛处理的筛网目数为100～300目，烘干处理的温度为80～105℃；所述步骤2)中，蛋壳选择碳酸钙含量高于94wt％的蛋壳。
6.权利要求1制备的除磷用生物炭的使用方法，其特征在于：根据废水中磷浓度含量范围确定除磷用生物炭的投加量：当废水中磷浓度低于50mg/L时，除磷用生物炭的投加量为1～1.5g/L；当废水中磷浓度为50～200mg/L时，除磷用生物炭的投加量为2～3g/L；投加完毕后于25℃下恒温搅拌24h。
7.根据权利要求6所述的除磷用生物炭的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中，污泥粉末和蛋壳粉末按照质量比1：1～3进行混合；绝氧热解的温度为700～900℃，停留时间为1.5～2.5h。
8.根据权利要求7所述的除磷用生物炭的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中绝氧热解的温度为900℃。
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