CN114570330A - 一种生物炭材料及其快速净化畜禽养殖废水工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于畜禽养殖废水处理技术领域，具体公开了一种生物炭材料及其快速净化畜禽养殖废水的工艺。本发明的生物炭材料的制备原料包括：农林废弃物、海鲜壳和金属盐。本发明还提供了生物炭材料的制备方法以及采用该生物炭材料净化畜禽养殖废水的工艺。本发明的生物炭材料炭粒径小、表面官能团丰富，同时对废水中的COD、总磷和氨氮具有很好的去除效果，能快速净化畜禽养殖废水，操作步骤简单，提高了去除效率并且无二次污染。
Description
技术领域
本发明属于畜禽养殖废水处理技术领域，涉及一种生物炭材料及其快速净化畜禽养殖废水的工艺。
背景技术
近年来，规模化、集约化畜禽养殖业得到了迅猛发展，畜禽养殖过程中排放的废水已经严重污染了水体环境，加重了污水处理的难度。畜禽养殖废水成分复杂、有机物含量高、氮磷浓度高且伴有较浓臭味，常规处理工艺出水中化学需氧量(COD)、氨氮、总磷等指标难以达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)中的限值要求(COD≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总磷≤8.0mg/L)。
目前，在诸多畜禽废水处理技术中，吸附法由于不会产生二次污染、简单易行和很好的解决水资源再利用的问题等优势备受青睐。生物炭被认为是良好的吸附剂，其是由生物质在缺氧或限氧条件下高温热解处理后的残余富炭产物。鉴于其高含碳量和多孔特性，在处理畜禽养殖废水处理方面具有很强的研究与应用价值。
然而畜禽废水成分比较复杂，含有大量的有机质、氮磷、重金属等污染物质，这严重影响了生物炭的吸附性能，常规的生物炭用于畜禽养殖废水净化难以满足畜禽养殖业污染物排放标准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种生物炭材料及其制备方法和应用，该生物炭材料对废水中的COD、总磷和氨氮具有好的去除效果，能快速净化畜禽养殖废水。
一种生物炭材料，所述生物炭材料的制备原料包括：农林废弃物、海鲜壳和金属盐。
进一步地，所述农林废弃物、海鲜壳与金属盐的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)。
进一步地，所述金属盐为MgCl2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O中的至少一种。
进一步地，所述农林废弃物为农作物秸秆或玉米芯。所述农作物秸秆包括小麦秸秆、玉米秸秆、稻谷秸秆、大豆秸秆和花生秸秆中的至少一种。
进一步地，所述的海鲜壳为扇贝壳、蛤蜊壳、鲍鱼壳、生蚝壳、大竹蛏壳和带子壳中的至少一种。
本发明还提供了所述的生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳与金属盐混合浸渍，得到混合物；
(2)所述混合物干燥后，经热解得生物炭材料。
进一步地，步骤(1)中，所述的浸渍为：将农林废弃物、海鲜壳和金属盐混合，加入水浸润，恒温振荡2～6h。
更进一步地所述水为去离子水或自来水。
进一步地所述热解为：在500～800℃条件下热解1～2h。
进一步地，所述热解的气氛为N2、CO2或水蒸汽。
更进一步地，所述的生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳和金属盐混合，加入去离子水浸润，恒温振荡2～6h；
(2)将混合物在烘箱中烘干至恒重，干燥后，置于管式炉中，在500～800℃条件下，在N2、CO2或水蒸汽的气氛中热解1～2h，冷却至室温后得到生物炭材料。
本发明还提供了所述生物炭材料或所述的生物炭材料的制备方法制备得到的生物炭材料在废水处理中的应用。
本发明还进一步提供了一种快速净化畜禽养殖废水的工艺，将所述生物炭材料或所述的生物炭材料的制备方法制备得到的生物炭材料加入畜禽废水中，并搅拌。
进一步地，所述工艺中，加入所述生物炭材料后，将废水pH调节为8～10。
进一步地，所述搅拌的时间为0.5～2h。
进一步地，所述废水的温度控制在25～30℃。
进一步地，所述生物炭材料的投加量为10～50g/L。
更进一步地，一种快速净化畜禽养殖废水的工艺，将所述生物炭材料或所述的生物炭材料的制备方法制备得到的生物炭材料，加入畜禽废水中，投加量为10g/L废水，调节废水pH为9，控制废水的温度在25～30℃，搅拌1h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用农林废弃物、海鲜壳作为制备生物炭的原料，既节约了成本又使废弃物得到了资源化的利用。
(2)本发明选择含钙的海鲜壳、金属盐和农林废弃物为原料，制备的生物炭粒径小、表面官能团丰富，同时对废水中的COD、总磷和氨氮具有好的去除效果，具有“三元功能”。
(3)本发明“三元功能”生物炭材料制备及其快速净化畜禽养殖废水的工艺，操作步骤简单，提高了去除效率并且无二次污染。
附图说明
图1为本发明的实施例中生物炭材料对COD、氨氮、总磷的去除效果图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不局限于此。
实施例1
一种生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳和MgCl2·6H2O按质量比1:1:0.5混合，加入去离子水浸润，恒温振荡3h；其中，农作物秸秆为小麦秸秆，海鲜壳为扇贝壳。
(2)将混合物在烘箱中烘干至恒重，干燥后，置于管式炉中，在700℃条件下，在N2气氛中热解2h，冷却至室温后得到生物炭材料。
实施例2
一种生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳和FeCl2·4H2O按质量比1:0.5:1混合，加入自来水浸润，恒温振荡2h；农林废弃物为稻谷秸秆和大豆秸秆，二者的重量比为1：1。海鲜壳为蛤蜊壳。
(2)将混合物在烘箱中烘干至恒重，干燥后，置于管式炉中，在500℃条件下，在CO2气氛中热解2h，冷却至室温后得到生物炭材料。
实施例3
一种生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳和Fe(NO3)3·9H2O按质量比1:2:2混合，加入去离子水浸润，恒温振荡6h；农林废弃物为玉米芯，海鲜壳为蛤蜊壳和鲍鱼壳、二者的质量比为2：1。
(2)将混合物在烘箱中烘干至恒重，干燥后，置于管式炉中，在500～800℃条件下，在N2的气氛中热解1h，冷却至室温后得到生物炭材料。
实施例4
本发明的生物炭材料快速净化畜禽养殖废水的工艺
经检测畜禽废水中：COD 1090mg/L，氨氮300mg/L，总磷257.5mg/L。
取实施例1制备得到的生物炭材料。向畜禽废水中加入10g/L的生物炭，调节废水pH为9，在室温下连续搅拌2h后，测定COD、氨氮和总磷的浓度。结果如附图1所示，处理过后的废水中COD、氨氮和总磷的浓度分别为144mg/L、24mg/L和0mg/L，去除率分别达到了87％、92％和100％，三种污染物的排放量均满足排放标准。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种生物炭材料，其特征在于，所述生物炭材料的制备原料包括：农林废弃物、海鲜壳和金属盐。
2.根据权利要求1所述的生物炭材料，其特征在于，所述农林废弃物、海鲜壳与金属盐的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)。
3.根据权利要求1所述的生物炭材料，其特征在于，所述金属盐为MgCl2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O中的至少一种；所述农林废弃物为农作物秸秆或玉米芯；所述的海鲜壳为扇贝壳、蛤蜊壳、鲍鱼壳、生蚝壳、大竹蛏壳和带子壳中的至少一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的生物炭材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将农林废弃物、海鲜壳与金属盐混合浸渍，得到混合物；
(2)所述混合物干燥后，经热解得生物炭材料。
5.根据权利要求4所述的生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的浸渍为：将农林废弃物、海鲜壳和金属盐混合，加入水浸润，恒温振荡2～6h。
6.根据权利要求4所述的生物炭材料的制备方法，其特征在于，所述热解为：在500～800℃条件下热解1～2h；所述热解的气氛为N2、CO2或水蒸汽。
7.如权利要求1-3任一项所述生物炭材料或权利要求4-6任一项所述的生物炭材料的制备方法制备得到的生物炭材料在废水处理中的应用。
8.一种快速净化畜禽养殖废水的工艺，其特征在于，将权利要求1-3任一项所述生物炭材料或权利要求4-6任一项所述的生物炭材料的制备方法制备得到的生物炭材料加入畜禽废水中，并搅拌。
9.根据权利要求8所述的快速净化畜禽养殖废水的工艺，其特征在于，所述生物炭材料的投加量为10～50g/L。
10.根据权利要求8所述的快速净化畜禽养殖废水的工艺，其特征在于，加入所述生物炭材料后，将废水pH调节为8～10；所述搅拌的时间为0.5～2h；所述废水的温度控制在25～30℃。
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