CN115283398B - 一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法。该方法,包括如下步骤:将抗生素菌渣与污泥按质量比1:1~10进行混合,在450℃~750℃惰性气氛下进行共热解,共热解的保温时间为20~60min,得到固态生物炭。本发明同时对两种危险废弃物进行协同处置,实现了营养元素的保留以及有害元素生物利用度的降低。热解过程促进有机物的分解和气体的释放,生物炭表面形成明显的孔结构,能够有效对重金属实现固定。同时,碱金属、碱土金属等很能够改变热解产物的分布,促进重金属稳定态迁移和氮元素的固定。
Description
技术领域:
本发明涉及固体废弃物及污染物控制技术领域,具体涉及一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法。
背景技术:
据统计,我国污泥产量以20%的年均增长率从2005年的296万吨迅速升至2019年的3904万吨,预计到2025年,我国污泥产量将超过6000万吨。污泥作为污水处理过程中的副产物,成分复杂,重金属含量丰富,如何合理处置并降低二次污染风险已经得到了广泛关注。固态生物炭中重金属具有四种不同的化学形态,稳定性顺序为:F4(残渣态)>F3(可氧化态)>F2(可还原态)>F1(弱酸提取态),其中F3+F4态属于稳定态,F1+F2属于不稳定态,稳定态组分的含量越高,重金属生物利用度越低,对环境和人体造成的危害也越小。同时,青霉素菌渣、四环素菌渣、庆大霉素菌渣等抗生素菌渣作为制药行业副产物,包含丰富的蛋白质和氨基酸等高价组分,并能够通过各种处理手段将其转化为含氮化合物等高附加值化学品。
发明内容:
本发明解决了现有技术存在的问题,提供一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法,本发明利用污泥与抗生素菌渣的物理化学特性,采用热解对污泥与抗生素菌渣进行协同处置,在固定氮元素和重金属的同时,也实现了对废弃物的无害化和资源化处置。
本发明的目的是提供一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法,包括如下步骤:将抗生素菌渣与污泥按质量比1:1~10进行混合,在450℃~750℃惰性气氛下进行共热解,共热解的保温时间为20~60min,得到固态生物炭。
优选地,所述的抗生素菌渣与污泥的质量比为1:1~5。
优选地,所述的共热解的温度为450℃~550℃,保温时间为20~40min。
优选地,所述的抗生物菌渣选自青霉素菌渣、四环素菌渣和庆大霉素菌渣中的一种以上。
优选地,所述的固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析、ICP检测方法、BCR检测方法进行检测。
ICP检测主要包括以下步骤:称取0.3g样品于消解罐中,按照体积比为5:2:5加入HNO3、HF和HClO4,在120℃下消解24h,消解结束后,将溶液进行赶酸后定容过滤进行ICP检测。
BCR检测主要包括以下步骤:步骤一:称取0.5g生物炭与20mL浓度为0.11mol/L的醋酸溶液,室温下震荡16h,震荡结束后放于离心机中在4000r/min转速下离心20min,将上清液过滤待ICP检测,固态残渣进行下一部提取;步骤二:将步骤一种残渣与20mL浓度为0.1mol/L盐酸羟胺溶液混合震荡16h,后置于离心机中4000r/min转速下离心20min,将上清液过滤待ICP检测,固态残渣进行下一部提取;步骤三:量取5mL双氧水溶液与步骤二中残渣混合,室温消解1h,继续添加25mL浓度为1mol/L的醋酸铵溶液继续搅拌16h,震荡结束后放于离心机中在4000r/min转速下离心20min,将上清液过滤待ICP检测,固态残渣进行下一部提取;步骤四:准确称取上一级的固相残渣0.1g于消解罐中,按照体积比为5:2:5加入HNO3、HF和HClO4,在120℃下消解24h,消解结束后,将溶液进行赶酸后定容过滤进行ICP检测。
所述的BCR顺序提取方法将重金属化学形态划分为四态:弱酸提取态(F1)、可还原态(F2)、可氧化态(F3)、残渣态(F4),F1、F2属于不稳定态,F3、F4属于稳定态。
优选地,所述的重金属包括铬(Cr)、铅(Pb)和镍(Ni)。污泥中含量较高的重金属有Cr、Pb、Ni。
本发明还保护经过上述方法得到的固态生物炭作为土壤添加剂的应用。
优选地,所述的土壤添加剂为氮肥添加剂和/或酸性土壤调理剂。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1.本发明将抗生素菌渣和污泥共热解,两者协同作用,既能够促进生物炭中重金属的稳定态迁移,又能够提高固态中的N含量。
2.本发明得到的生物炭还可以作为土壤氮肥以及酸性土壤调理剂进一步加以利用。
3.本发明操作简单,成本较低,并为高效低耗协同处置危险废弃物提供了新的思路。
4.本发明同时对两种危险废弃物进行协同处置,实现了营养元素的保留以及有害元素生物利用度的降低。热解过程促进有机物的分解和气体的释放,生物炭表面形成明显的孔结构,能够有效对重金属实现固定。同时,碱金属、碱土金属等很能够改变热解产物的分布,促进重金属稳定态迁移和氮元素的固定。本发明利用污泥与抗生素菌渣的物理化学特性,采用热解对污泥与抗生素菌渣进行协同处置,在固定氮元素和重金属的同时,也实现了对废弃物的无害化和资源化处置。
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。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。除特别说明,本文中的实验材料和试剂均为本技术领域常规市购产品。
实施例1
将青霉素菌渣与污泥按质量比1:1研磨混合,在450℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为20min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
对比例1
参考实施例1,不同之处在于没有添加青霉素菌渣。
对比例2
参考实施例1,不同之处在于没有添加污泥。
实施例2
将青霉素菌渣与污泥按质量比1:1研磨混合,在550℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为20min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例3
将青霉素菌渣与污泥按质量比1:5研磨混合,在550℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为20min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例4
将青霉素菌渣与污泥按质量比1:5研磨混合,在550℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为40min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例5
将四环素菌渣与污泥按质量比1:5研磨混合,在550℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为40min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例6
将四环素菌渣与污泥质量比1:7研磨混合,在750℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为40min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例7
将四环素菌渣与污泥按质量比1:10研磨混合,在750℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为60min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例8
将四环素菌渣与污泥按质量比1:10研磨混合,在450℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为30min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
实施例9
将庆大霉素菌渣与污泥按质量比1:4研磨混合,在650℃氩气气氛下进行共热解,升温速率为10℃/min,共热解的保温时间为50min,得到固态产物生物炭。
固态生物炭中N以及重金属分别使用元素分析以及ICP、BCR检测方法进行检测。
重金属四态分布使用BCR方法预处理,ICP检测手段检测,氮含量检测使用元素分析以及XPS检测,结果如表1。
表1
由表1看出,污泥与抗生素菌渣共热解能够显著提高重金属的稳定态迁移与总氮含量,菌渣的加入促进了重金属稳定态含量的增加;污泥的加入提高了热解过程中氮元素的固定。同时,热解温度与保温时间能够显著影响固氮率与重金属的稳定态含量,较高的热解温度与较长的保温时间能够促进重金属的稳定态迁移,但会增加氮以气体形式溢出。因此,适宜的热解温度、停留时间、菌渣添加比例对于协同固定氮与重金属十分重要。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想,应当指出,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种抗生素菌渣与污泥共热解协同固氮及重金属的方法,其特征在于,包括如下步骤:将抗生素菌渣与污泥按质量比1:1进行混合,在450°C~550°C惰性气氛下进行共热解,共热解的保温时间为20 min,得到固态生物炭;所述的抗生素菌渣为青霉素菌渣;所述的重金属包括铬、铅和镍。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的固态生物炭中重金属四态分布使用BCR方法预处理,ICP检测方法进行检测,所述的重金属四态为弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态,氮含量检测使用元素分析以及XPS进行检测。
3.根据权利要求1所述的方法得到的固态生物炭作为土壤添加剂的应用。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述的土壤添加剂为氮肥添加剂和/或酸性土壤调理剂。
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CN115283398A (zh) | 2022-11-04 |
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