CN115432824A - 一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，且公开了一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，对生物质进行干燥、粉碎得到生物质颗粒；对生物质颗粒通过马弗炉缺氧热解，获得生物炭粉末；生物质颗粒、生物炭粉末、膨润土混合均匀，通过造粒机造粒成型，得到造粒成型的颗粒；将造粒成型的颗粒在马弗炉缺氧热解，获得生物炭；水培植物在水培生根后，加入生物炭，构建生物炭‑水培植物联合体系，促进水中C、N、P的去除，该生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，通过将水培植物收割体、玉米秸秆等农林废弃物作为生物炭生物质的原材料，降低了环境治理成本，实现了生物质资源的循环再利用，同时提高了水培植物修复富营养化水体的效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法。
背景技术
近年来，水体富营养化的情况依然严峻，而水体富营养化会导致藻类爆发生长，水生生态系统紊乱，水质恶化等问题，产生供水危机，严重影响人类的用水安全，进而威胁人类的健康。传统的物理、化学方法一般针对性强，C、N、P的处理需要分步进行，最终达到高效的去除目的。此外，这些方法一般需要投加化学药剂，可能产生二次污染，基建、运行费用投入大，不适宜进行大规模长期处理。
水生植物修复技术是利用水生植物根系和根系微生物对水体中的氮磷元素的吸收、截留、降解等联合作用降低水体氮磷浓度，通过收割植物从而达到净化水质的目的。但目前采用的挺水或者沉水植物生长仍离不开土壤，限制了该技术的应用范围，而且收割的植物作为垃圾处理，增加了环境治理成本，为此我们提出了一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，解决了目前采用的挺水或者沉水植物生长仍离不开土壤，限制了该技术的应用范围，而且收割的植物作为垃圾处理，增加了环境治理成本的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，包括以下步骤：
第一步：对生物质进行干燥、粉碎得到生物质颗粒；
第二步：对生物质颗粒通过马弗炉缺氧热解，获得生物炭粉末；
第三步：生物质颗粒、生物炭粉末、膨润土混合均匀，通过造粒机造粒成型，得到造粒成型的颗粒；
第四步：将造粒成型的颗粒在马弗炉缺氧热解，获得生物炭；
第五步：水培植物在水培生根后，加入生物炭，构建生物炭-水培植物联合体系，促进水中C、N、P的去除。
优选的，第一步中的生物质颗粒获取内容如下：对生物质105℃烘干后，通过粉碎机粉碎，过10目筛，获得生物质颗粒。
优选的，第二步以及第四步中的缺氧热解温度为450℃，热解时间为2h。
优选的，第一步中的生物质为水培植物收割体、玉米秸秆。
优选的，第三步中的生物质颗粒、生物炭粉末、膨润土质量比为3:2:1。
优选的，第三步中的成型后颗粒粒径4mm，长度5-25mm。
优选的，第五步生物炭-水培植物联合体系中，生物炭对水培植物的施用量为1g/株。
优选的，第五步生物炭-水培植物联合体系中，生物炭施用位置距水面10cm。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，具备以下有益效果：
1、该生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，通过将水培植物收割体、玉米秸秆等农林废弃物作为生物炭生物质的原材料，降低了环境治理成本，可以实现生物质资源的循环再利用。
2、该生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，生物炭制备温度选择较低，减少了生产成本，降低了能源的消耗。
3、该生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，制备的生物炭具有一定机械强度，在施用过程中避免水中悬浮颗粒过多而造成水体污染。
4、该生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，制备的生物炭具有多孔结构和丰富的官能团，可以吸附水中的营养物质，固定水中的微生物，联合水培植物，生成水培植物-生物炭-微生物共同作用体系，强化富营养化水体的修复效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其中，生物炭原料包括生物质和膨润土；所述生物炭制备方法包括生物质干燥、粉碎、热解，获得生物炭粉末；所述生物炭粉末、生物质粉末、膨润土按比例2:2:1混合，造粒成型，碳化；所述生物炭施用于水培植物，构建生物炭-水培植物联合体系，促进水中C、N、P的去除，强化富营养化水体的修复效果。
进一步地，所述生物炭制备方法包括：
S1、生物质包括水培植物收割体、秸秆等，105℃烘干后，通过粉碎机粉碎，过10目筛，获得生物质颗粒。
S2、生物质颗粒通过马弗炉缺氧热解，热解温度为450℃，热解时间为2h，获得生物炭粉末A。
S3、将生物质颗粒、生物炭粉末A、膨润土按质量比3:2:1混合均匀，通过造粒机造粒成型，成型后颗粒粒径4mm，长度5-25mm。
S4、将造粒成型的颗粒在马弗炉缺氧热解，热解温度为450℃，热解时间为2h，获得所述生物炭。
进一步地，美人蕉在水培生根后，加入生物炭，构建生物炭-美人蕉联合体系。
进一步地，所述生物炭-美人蕉联合体系中，生物炭对美人蕉的施用量为1g/株。
进一步地，所述生物炭-美人蕉联合体系中，生物炭施用位置距水面10cm。
实施例2
与实施例1的步骤基本相同，所述不同之处在于：水培植物不同。实例2的水培植物为黄菖蒲。
对比例1
采用水培植物直接修复水体富营养化的方法，其中，所述水培植物为美人蕉；所述美人蕉在水培生根后，移入富营养化水体，水根末端位于气液界面处。
对比例2
采用水培植物直接修复水体富营养化的方法，其中，所述水培植物为黄菖蒲；所述黄菖蒲在水培生根后，移入富营养化水体，水根末端位于气液界面处。
富营养化水体修复步骤包括：
采用室内模拟实验，人工配制高度富营养化水溶液，作为实例1-2，对比例1-2所需修复的水溶液。溶液中COD浓度为51.87mg/L，总磷浓度为55.98mg/L，总氮浓度为108.88mg/L。实验持续30天，每隔2天补充水分，维持水面高度，每隔5天添加营养液，维持水中C、N、P含量，每隔5天取样，分别测试水质参数COD、总氮和总磷等污染物的浓度。取样在营养液添加之前。每组实验均设置平行实验，误差在可控范围内。
下面列出实施例和对比例的测试结果，结果如表1
表1
实施例1-2以生物炭强化水培植物修复富营养水体的方法和对比例1-2水培植物修复富营养化水体的方法都能够去除水中C、N、P等营养元素。但实施例1-2对水中COD、总氮和总磷的去除效果分别高于对比例1-2。因此，生物炭的添加可以强化水培植物对富营养化水体的修复效果。其中，实施例1的去除效果最好，对水中COD、总氮和总磷的去除效果分别达到100％，88.6％和92.1％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：对生物质进行干燥、粉碎得到生物质颗粒；
第二步：对生物质颗粒通过马弗炉缺氧热解，获得生物炭粉末；
第三步：生物质颗粒、生物炭粉末、膨润土混合均匀，通过造粒机造粒成型，得到造粒成型的颗粒；
第四步：将造粒成型的颗粒在马弗炉缺氧热解，获得生物炭；
第五步：水培植物在水培生根后，加入生物炭，构建生物炭-水培植物联合体系，促进水中C、N、P的去除。
2.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第一步中的生物质颗粒获取内容如下：对生物质105℃烘干后，通过粉碎机粉碎，过10目筛，获得生物质颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第二步以及第四步中的缺氧热解温度为450℃，热解时间为2h。
4.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第一步中的生物质为水培植物收割体、玉米秸秆。
5.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第三步中的生物质颗粒、生物炭粉末、膨润土质量比为3:2:1。
6.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第三步中的成型后颗粒粒径4mm，长度5-25mm。
7.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第五步生物炭-水培植物联合体系中，生物炭对水培植物的施用量为1g/株。
8.根据权利要求1所述的一种生物炭强化水培植物修复富营养化水体的方法，其特征在于：第五步生物炭-水培植物联合体系中，生物炭施用位置距水面10cm。
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