CN116809018B - 一种污泥生物炭的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种污泥生物炭的制备方法及应用，将次氯酸钙溶液加入到二沉池剩余污泥中，搅拌至均匀混合溶液；所述的剩余污泥与次氯酸钙溶液的质量体积比为1：20‑40；所述的次氯酸钙溶液浓度为0.1～1.5％；将混合溶液在反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60‑150℃，反应结束后反应釜冷却至室温；将水热反应后的混合溶液进行离心脱水烘干过筛后得到污泥生物炭，避免了剩余污泥处置带给环境的二次污染，实现剩余污泥资源化利用，同时能够解决絮体污泥难以快速颗粒化和吸附性能不足等问题。
Description
技术领域
本发明属于剩余污泥无害化与资源化利用技术领域，具体涉及一种污泥生物炭的制备方法及应用。
背景技术
随着经济的持续快速发展，城市污水处理量不断提升，导致污泥产量与日俱增。污泥中富集了污水中30-50％的污染物，含有病原菌、寄生虫(卵)、有毒有机物和重金属，以及部分抗生素，同时存在大量的氮、磷、钾等营养物质以及微量元素等成分，使得污泥同时具有污染与资源并重的特点。以废弃污泥为原料制备成污泥生物炭是污泥资源化利用的有效途径，具有疏松多孔、比表面积大、官能团丰富、活性点位多等特性，具备良好的吸附性能、丰富的孔隙结构和较大的比表面积，不仅有利于微生物的栖息和繁殖，而且可以强化污染物吸附过程，实现污泥资源化利用。然而，剩余污泥制备生物炭面临制备条件苛刻、有效官能团破坏、生物风险高和电负性高等问题，具体如下：
第一、传统制备生物炭的方法主要涉及水热炭化、微波热解和高温炭化。当前传统污泥炭化工艺温度多在500℃以上，高温制备生物炭导致表面可溶性有机碳被持续降解和氧化，存在能耗高、产率低、制备风险及成本高的缺点。
第二、高温制备生物炭也会导致污泥中主要组分蛋白质变性及多糖裂解，有效官能团如羧基、羰基等含氧官能团均会随着温度的升高而减少。
第三、低温热解制备的生物炭保留了原料中绝大部分营养元素和有机质，使低温制备生物炭未能完全分解有机组分，使其表面可溶性碳库含量较高，促进微生物更易粘附于生物炭表面，并且低温制备过程中会导致生物炭表面的含氧官能团的种类和数量增多，为污染物附着提供吸附位点，通过形成氢键有效去除水中污染物，由此成为一种新兴的环境友好型生物炭制备方法。但污泥中的个别病原微生物、细菌等有毒有害物质在低温条件下并不能被消灭，投放至水体中会存在生物复苏的风险，影响生物炭稳定性。
第四、由于剩余污泥主要组分是生物质，呈电负性。污水中的胶体物质也呈电负性，这导致界面吸附效率下降，影响了生物炭的应用效率。因此，调控生物炭界面性质是提升性能、改善稳定性能的关键突破点。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥生物炭的制备方法，避免了剩余污泥处置带给环境的二次污染，实现剩余污泥资源化利用，同时能够解决絮体污泥难以快速颗粒化和吸附性能不足等问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种污泥生物炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将次氯酸钙溶液加入到二沉池剩余污泥中，搅拌至均匀混合溶液；所述的剩余污泥与次氯酸钙溶液的质量体积比为1：20-40；所述的次氯酸钙溶液浓度为0.1～1.5％。
步骤二、将步骤一混合溶液在反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60-150℃，反应结束后反应釜冷却至室温；
步骤三、将水热反应后的混合溶液进行离心脱水烘干过筛后得到污泥生物炭。
作为本发明更优的技术方案，所述的剩余污泥与次氯酸钙溶液的质量体积比为1：20。
作为本发明更优的技术方案，所述的水热反应温度为60℃。
作为本发明更优的技术方案，所述的水热反应时间为2h～8h。
作为本发明更优的技术方案，所述的次氯酸钙溶液浓度为0.5％。
本发明还有一个目的是提供所述的污泥生物炭在强化活性污泥混合液中微生物聚集中的应用。
作为本发明更优的技术方案，所述的污泥生物炭和活性污泥混合液的质量体积比为1～5g/L。
作为本发明更优的技术方案，所述的活性污泥混合液的悬浮固体浓度为0.3～0.5g/L。
本发明还有一个目的是提供所述的污泥生物炭在水中有机物吸附去除中的应用。
作为本发明更优的技术方案，次氯酸钙改性污泥生物炭的添加量为1～3g/L。
有益效果如下：
1)本发明利用次氯酸钙改性污泥生物炭，次氯酸钙价格低廉，制备方法简单，易于普及应用，生物炭制备工艺能耗低，绿色无污染，经济实用，无需使用大型仪器设备及高压危险装置，便于推广应用。
2)相较于高温制备污泥生物炭，该污泥生物炭低温制备方法可通过控制制备方法中次氯酸钙溶液投加浓度来调节污泥生物炭的孔隙结构及比表面积等界面性质，以此弥补低温制备方法中污泥生物炭附着位点少，比表面积不充分等界面性质的不足。
3)本发明通过次氯酸钙对污泥生物炭进行改性的方法，一方面，改性剂中次氯酸根的消毒作用可以杀死污泥中的病原微生物，寄生虫等有毒有害物质，使污泥细胞裂解，展开更多的官能团，增大了污泥生物炭的比表面积，丰富表面官能团数量及种类；另一方面，改性剂中钙离子可以中和污泥表面电荷，促进微生物聚集。
4)本发明的次氯酸钙低温改性污泥生物炭表面含有种类丰富的含氧官能团，可以强化微生物聚集，加速好氧污泥颗粒化；且经过次氯酸钙改性的污泥生物炭，其表面的活性点位增加，可以促进有机污染物的吸附效率。
以次氯酸钙改性后的污泥可以在比传统水热法更低的温度下制备生物炭。低温制备过程中增加了生物炭表面的含氧官能团的种类、数量及活性位点，以次氯酸钙作为改性剂强化污泥生物炭界面性质，有利于提升污泥生物炭含氧官能团种类与数量，提高自身吸附性能与稳定性，同时低温制备条件能够降低能耗，具有良好的经济、环境与社会效益。
本发明的创新之处是采用次氯酸钙改性污泥后再低温制备生物炭。
附图说明
图1中a～b是实施例1中未改性剩余污泥和次氯酸钙低温改性污泥生物炭的SEM/EDS图。
图2中实施例1中未改性剩余污泥和次氯酸钙低温改性污泥生物炭的傅立叶红外光谱图(FT-IR)。
图3是实施例1中未改性剩余污泥和次氯酸钙低温改性污泥生物炭的Zeta电位图。
图4是实施例1中次氯酸钙改性污泥生物炭前后溶出液中COD的去除率。
图5是实施例2中次氯酸钙改性污泥生物炭对四环素浓度吸附影响的去除率效果图。
图6是实施例3中次氯酸钙改性污泥生物炭对不同氨氮浓度吸附影响的去除率效果图。
图7是实施例5中污泥沉降性能(SVI30)变化情况。
具体实施方式
以下实施例中进一步定义本发明，根据以下的描述和这些实施例，本领域技术人员可以确定本发明的基本特征，并且在不偏离本发明本质和范围的情况下，可以对本发明做出各种改变和修改，以使其适用各种用途和条件。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为0.1％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭；
图1～4为次氯酸钙改性污泥前后的SEM/EDS、FT-IR、Zeta、COD图表征结果。由图可知，SEM/EDS表明次氯酸钙改性后对污泥表面有轻微破坏，并在污泥表面元素含量中Ca2+有显著提高，明确次氯酸钙中钙离子有效负载在生物炭表面，有利于呈负电的微生物聚集在生物炭表面；Zeta表明次氯酸钙改性后提高了污泥表面电荷，有利于微生物的聚集；FT-IR表明水热低温条件下制备生物炭会提升相应官能团的响应强度，即增加了污泥含氧官能团的数量；COD的溶出表明次氯酸钙改性污泥导致污泥中微生物细胞裂解，增加了污泥的活性点位，有利于污染物的吸附降解。
实施例2
次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭在吸附污染物的应用按以下步骤进行：
以四环素模拟二级出水中的持久性有机物。制备六种不同初始浓度四环素溶液(50、100、200、300、400、500mg/L)，取在60℃下0.8％次氯酸钙浓度低温改性5h的污泥生物炭以2g/L投入四环素溶液中。溶液pH保持在中性条件下，温度为室温，吸附柱的径深比为1：2，有机负荷率为0.65g/(L·d)。在此条件下吸附四环素溶液直至吸附平衡，使用0.45μm滤头过滤溶液测定四环素溶液中的残余浓度，计算并得到四环素的去除率为76.8％～89.4％。结果表明次氯酸钙改性生物炭之后增加了生物炭活性点位，提高了生物炭的吸附效能。
实施例3
次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭在吸附污染物的应用按以下步骤进行：
以氨氮模拟二级出水中的有机物。制备五种不同初始浓度氨氮溶液(20、30、40、50、60mg/L)，取在60℃下0.8％次氯酸钙浓度低温改性5h的污泥生物炭以1g/L投入氨氮溶液中。溶液pH保持在中性条件下，温度为室温，吸附柱的径深比为1：2，有机负荷率为0.55g/(L·d)。在此条件下处理氨氮溶液直至吸附平衡，使用0.45μm滤头过滤溶液测定氨氮溶液中的残余浓度，计算并得到相应的去除率为71.7％～80.3％。
实施例4
次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭在吸附污染物的应用按以下步骤进行：
以实际二级出水为处理对象。取在60℃下0.5％次氯酸钙浓度低温改性5h的污泥生物炭以2g/L投入实际二级出水中。溶液pH保持在中性条件下，温度为室温，吸附柱的径深比为1：2，有机负荷率为0.65g/(L·d)。在此条件下处理实际二级出水直至吸附平衡，使用0.45μm滤头过滤溶液测定实际二级出水中COD、NH4 +-N及TP的残余浓度，计算并得到相应的去除率分别为93.2％、74.7％、89.9％，用于城市污水处理出水指标优于一级A。
实施例5
次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭在强化微生物聚集的应用按以下步骤进行：
取污水处理厂曝气池污泥作为接种污泥并对其曝气进行驯化，使污泥颜色变为棕褐色；取1000mL活性污泥于量筒中，并以4g/L的投加浓度将在60℃下水热5h，次氯酸钙浓度为0.5％改性的污泥生物炭投加至量筒中，在25℃下每天曝气8h，换水比为50％，连续14d监测污泥沉降指数(SVI30)，并通过显微镜观察污泥颗粒化情况。污泥颗粒化发生在第8天，颗粒尺寸在0.8～1.2mm，SVI30提高了30％，结果表明次氯酸钙改性并低温制备富含氧官能团污泥生物炭可以强化污泥颗粒化。
实施例6
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：30mL，次氯酸钙溶液浓度为1％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例7
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：40mL，次氯酸钙溶液浓度为1％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
相较于实施例1，实施例6与实施例7是基于次氯酸钙改性浓度不变条件下，水热污泥生物炭的固液比变化，以污泥生物炭对污泥沉降指数变化为评价标准，实施例1的污泥生物炭在污泥附着实验中SVI30为50.7mL/g，而实施例6与实施例7的SVI30分别为54.3mL/g和55.9mL/g。表明在本发明范围内，根据固液比的变化，SVI值与固液比之间呈现正相关，固液比越大，SVI30越低，污泥沉降性能越好，但是水热污泥生物炭的固液比1:50时SVI30为72.6mL/g，可见其固液比具有上限。
实施例8
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为1.2％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在60℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例9
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为1.5％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在60℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例8与实施例9是基于实施例1的固液比不变，以次氯酸钙的改性浓度为变化因素，并将污泥生物炭在污泥附着实验中SVI30为评价标准，实施例1的SVI30为50.7mL/g，而实施例8与实施例9的SVI30分别为57.4mL/g和58.6mL/g，结果表明增加一定程度的次氯酸钙的改性浓度会对污泥生物炭在污泥沉降方面起负作用。
实施例10
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为2％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例11
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为2.5％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例10与实施例11是基于实施例1的固液比条件下，以不在本发明的范围内的次氯酸钙的改性浓度为变化因素，并将污泥生物炭在污泥附着实验中的污泥沉降指数大小作为评价标准，实施例1的SVI30为50.7mL/g，而实施例10与实施例11的SVI30值分别为70.3mL/g和82.8mL/g。结果表明增大次氯酸钙的改性浓度会影响污泥附着在污泥生物炭的表面，这是由于改性浓度的增大，加剧了细胞裂解，使呈负电的官能团增多，不利于呈负电的微生物聚集在污泥生物炭表面。可见次氯酸钙的改性浓度为变化因素具有区间要求。
实施例12
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：10mL，次氯酸钙溶液浓度为1％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例13
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：80mL，次氯酸钙溶液浓度为1％，并在水热温度为60℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
相较于实施例1，实施例12与实施例13是基于次氯酸钙改性浓度不变条件下，以不在本发明的范围内的固液比为变化因素，以污泥生物炭产率为评价标准，实施例1的污泥生物炭产率为93.2％，而实施例12的产率为77.5％，实施例13的产率为72.3％。结果表明固液比过小或者过大会对污泥生物炭的产率产生较大的波动。
实施例14
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为0.1％，并在水热温度为80℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例15
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为0.1％，并在水热温度为150℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
相较于实施例1，实施例14与实施例15的水热时间与次氯酸钙改性浓度不变，变化因素为水热温度，并将污泥生物炭的污泥附着实验中污泥沉降指数作为污泥生物炭的评价标准。实施例1中的污泥生物炭是在次氯酸钙改性浓度为0.1％，水热温度为60℃，水热时间为5h下制备的污泥生物炭，其在污泥附着实验中的污泥沉降指数为50.7mL/g，产率为93.2％，而实施例14与实施例15的水热温度分别为80℃和150℃，在水热温度为80℃时，污泥生物炭的产率是90.8％，SVI30为51.7mL/g；水热温度为150℃时，产率为88.9％，SVI30为53.1mL/g，表明水热温度的增加，会减少污泥生物炭的产率，但污泥沉降指数会随之上升。
实施例16
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为0.1％，并在水热温度为180℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例17
一种次氯酸钙改性污泥低温制备生物炭按以下步骤进行：
将污水处理厂二沉池沉降、脱水前含水率约为97％的剩余污泥和次氯酸钙溶液搅拌30min后放入反应釜中，两者的固液比为1g：20mL，次氯酸钙溶液浓度为0.1％，并在水热温度为45℃反应5h；到水热时间后，取出反应釜冷却至室温，将混合液离心脱水并在50℃下烘干，再次过200目筛得到次氯酸钙改性污泥生物炭。
实施例16和实施例17的水热温度不在本发明的范围内，其他条件与实施例1相同，根据污泥附着实验中的污泥沉降指数与COD溶出量评价污泥生物炭的优良。实施例16的水热温度为180℃，其污泥沉降指数相较于150℃下制备的污泥生物炭相比，沉降指数略有提高，变化不明显，SVI30为54.6mL/g，COD溶出量为2788mg/L，实施例17的水热温度为45℃，由于水热温度过低，改性效果不明显，其污泥沉降指数与絮体污泥沉降效果一样，SVI30为61.3mL/g，COD溶出量为1088mg/L，数据表明温度过低，不仅影响污泥沉降性能，同时增加生物炭的COD溶出量，进而增加生物风险性。而过高温度对沉降性能的影响不大，但会显著提升COD溶出量，进而降低生物风险性。
以上的实施例主要描述本发明的一种较佳的方案，包括本发明的基本原理、基本操作步骤、主要特征及本发明的优点，实施操作的相关技术人员应具备一定了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述均表明本发明的原理，在不偏离本发明原理的条件下，还可以做出各种变化和变型，这些变化与变型均落在本发明保护的范围内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将次氯酸钙溶液加入到二沉池剩余污泥中，搅拌至均匀混合溶液；所述的剩余污泥与次氯酸钙溶液的质量体积比为1：20-40；所述的次氯酸钙溶液浓度为0.1~1.5%;
步骤二、将步骤一的混合溶液在反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60-80℃，反应结束后反应釜冷却至室温；水热反应时间为2 h~8 h;
步骤三、将水热反应后的混合溶液进行离心脱水烘干过筛后得到污泥生物炭。
2.如权利要求1所述的污泥生物炭的制备方法，其特征在于，所述的剩余污泥与次氯酸钙溶液的质量体积比为1：20。
3.如权利要求1所述的污泥生物炭的制备方法，其特征在于，所述的水热反应温度为60℃。
4.如权利要求1所述的污泥生物炭的制备方法，其特征在于，所述的次氯酸钙溶液浓度为0.5%。
5.如权利要求1所述的制备方法制备的污泥生物炭在强化活性污泥混合液中微生物聚集中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的污泥生物炭和活性污泥混合液的质量体积比为1~5 g/L。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的活性污泥混合液的悬浮固体浓度为0.3~0.5 g/L。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103396815A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种污泥制备炭材料的方法 |
| CN107032438A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-08-11 | 北京工业大学 | 污泥基生物质水热炭吸附剂去除水中结晶紫染料的方法 |
| CN107670651A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-02-09 | 北京工业大学 | 污泥基生物质水热炭吸附剂去除水中头孢他啶抗生素的方法 |
| CN108862852A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 东华大学 | 一种磁性生物炭强化印染废水生物脱氮的方法 |
| CN109233881A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-01-18 | 中南大学 | 秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用 |
| CN110171876A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-27 | 浙江科技学院 | 一种氮掺杂污泥炭载纳米四氧化三铁的制备方法及其应用 |
| CN110624504A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 河北大学 | 一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法 |
| CN111302586A (zh) * | 2020-02-05 | 2020-06-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种污水厂生活污泥资源化的处理方法 |
| CN112387269A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-23 | 东北大学 | 剩余污泥和榛子壳共热解制备生物炭及其光催化改性方法 |
| CN112547009A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-26 | 长江大学 | 一种改性柚子皮水热炭吸附Cr6+的方法 |
| CN114029035A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-11 | 河海大学 | 一种改性污泥质生物炭的制法及所得生物炭与应用 |
| CN115231684A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-25 | 东华大学 | 污泥水热生物炭活化过硫酸盐用于染料废水处理的方法 |
-
2023
- 2023-04-03 CN CN202310345139.9A patent/CN116809018B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103396815A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种污泥制备炭材料的方法 |
| CN107032438A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-08-11 | 北京工业大学 | 污泥基生物质水热炭吸附剂去除水中结晶紫染料的方法 |
| CN107670651A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-02-09 | 北京工业大学 | 污泥基生物质水热炭吸附剂去除水中头孢他啶抗生素的方法 |
| CN108862852A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 东华大学 | 一种磁性生物炭强化印染废水生物脱氮的方法 |
| CN109233881A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-01-18 | 中南大学 | 秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用 |
| CN110171876A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-27 | 浙江科技学院 | 一种氮掺杂污泥炭载纳米四氧化三铁的制备方法及其应用 |
| CN110624504A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 河北大学 | 一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法 |
| CN111302586A (zh) * | 2020-02-05 | 2020-06-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种污水厂生活污泥资源化的处理方法 |
| CN112387269A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-23 | 东北大学 | 剩余污泥和榛子壳共热解制备生物炭及其光催化改性方法 |
| CN112547009A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-26 | 长江大学 | 一种改性柚子皮水热炭吸附Cr6+的方法 |
| CN114029035A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-11 | 河海大学 | 一种改性污泥质生物炭的制法及所得生物炭与应用 |
| CN115231684A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-25 | 东华大学 | 污泥水热生物炭活化过硫酸盐用于染料废水处理的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Calcium oxide addition and ultrasonic pretreatment-assisted hydrothermal carbonization of granatum for adsorption of lead;Geng Jinfeng et al.;《GREEN PROCESSING AND SYNTHESIS》;20220408;第11卷(第1期);338-344 * |
| H2O2对城市污泥水热氧化产物的影响分析;胡振坤等;《热能动力工程》;20210531;第36卷(第5期);134-140 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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