污泥基生物炭的水熱法制備及吸附性能研究

鄭海亮，張英，賀利飛，解寅瓏

（神木職業技術學院，陜西神木 719300）

當前，隨著我國經濟的不斷發展，城市化進度的加快，也使得我國生活污水的產量越來越大。目前對污泥的處理任務也日需加重。根據統計，每處理1 萬t 的生活污水可產生5～8 萬t 含水率80%的污泥。由于水中的污泥含量過大，并且含水高，已經影響了當前污水處理廠進行運行的關鍵。因此為了更好地進行污泥的處理，需要針對污泥中富含的有機物，重金屬等進行降解。通過水熱法進行處理，使將污水中的污泥進行降解是目前降解手段。

1 生物炭介紹

生物炭是通過在沒有空氣的情況下進行熱降解而產生的有機化合物。生物炭目前來說用于對環境污染方面的污染物吸附有很好的作用，在對于改善土壤肥力以及其他生態服務中，可以減輕氣候的變化，幫助生物群進行新陳代謝。而通過熱解的方法，可以將生物質在低氧的條件下進行轉化，轉化為多孔性的富碳材料，使其可以長期的在環境中保存。而生物炭通過低溫熱解可以對污泥中的有機元素重金屬等進行降解，經過化學性質物理性質的一系列改變可以對污泥中的污染物質進行吸附，借助生物炭的高比表面積以及豐富的孔隙結構，除去水中污泥中的有機質，重金屬等。

2 目前污泥的技術處理

針對目前我國的情況來說，焚燒法需要進行脫水提高預熱，因此在成本方面消耗巨大。對于衛生填埋來說需要較大的用地面積，而許多城市已經不具備相關條件。由于目前來說我國已經禁用剩余污泥作農田肥料，堆肥法也受到了大量的限制。

對于污水處理的過程，污泥是其留下來的副產物，隨著我國的工業化全球化的不斷發展，導致污水的產量也大大增加，隨之而來的是對于剩余污泥的處理問題來說非常艱巨。根據當前的對污泥處置的二次污染問題中，需要針對污泥的處理進行穩定化，減量化，無害化的方向發展，并且隨著我國的要求不斷增加，對于污泥的處置率要達到90%以上[1]。同時污泥擁有更多的病原體、有機質、微生物、重金屬等。如果不經過處理，直接進行排放堆放，會導致對環境、土壤、水源等造成嚴重的污染。除此之外，污泥中含有的重金屬物質會在食物鏈中對食物安全造成威脅，更嚴重的會影響生態平衡。因此，傳統的方式上對污泥進行堆肥，填埋焚燒等，一定程度上可以實現資源的再次利用，但其中也有很多的限制。例如：在堆肥和填埋的過程中，如果污水中含有有毒物質，會使毒素擴散在微生物的環境中傳播，造成污染。焚燒會產生溫室氣體等使之對資源的控制管理降低。

表1 制備試驗參數對比

3 水熱法制備優勢

由于對生活中產生的廢水來說里面的含量復雜，同時其中的污泥中含有的有機物成分較高，因此需要實現資源的再次利用，使資源合理化應用。通過對污泥進行資源化利用，與此利用水熱法可以進行制備生物炭。近年來，生物炭由于其突出的特點，吸附量大以及價格低等優勢，已經逐漸應用在當前的水體凈化，空氣凈化等領域。通過對污泥制生物炭的方法進行分析，水熱法在實際的操作中可以不受物料的含水量大小的影響，因此不需要對污泥進行事先的干燥。除此之外，對于微波法和熱烈解法都需要進行對含水率的考慮，因此水熱法可以有效地節約成本。同時，該方法生產的生物炭擁有更高的產率，在對其進行官能團的保留時，可大大地提高整體的吸附性能[2～4]。

4 制備方法

對于污泥基生物炭的制備來說，首先需要對污水中的污泥進行烘干，研磨的預處理，并且用100 目篩二次處理，在200mL 的水熱反應釜中進行預處理后將剩余的污泥30g 和去離子水，150mL 密閉放入加熱爐中進行加熱，隨后將溫度升高維持在250℃，恒溫保持7h 冷卻結束后恢復至室溫抽取真空，在90℃的烘箱中烘干研磨至100 目，得到污泥基生物炭。

4.1 改變投入量

通過控制變量法，針對不同的實驗環境對吸附性能進行探討，本文采用對剛果紅進行吸附效果地進行分析。圖1 不同的投入量產生的吸附效果。

圖1 加入量對吸附效果的影響

根據圖1 顯示：通過對生物炭的投入量，不同情況下可以在圖中發現，在60min 時，生物炭的吸附性能趨于平緩，并且隨著吸附量的增加，對剛果紅的吸附去除效果更快，而隨后再吸附量為0.5h時，30min 后剛果紅的去除率可達到96.05%。

不同的加入量對pH 的影響見圖2。

根據圖2 表示：對于pH 來說，隨著去除率的變化，總體來看，投加生物炭對pH 的影響為先微小地降低，隨后隨著時間趨于平緩，接近溶液為中性。

圖2 加入量對pH 的影響

4.2 pH 的不同對污泥基生物炭的吸附影響

對于不同pH 條件下污泥基生物態吸附性能來說，隨著pH 的變化，關系著溶液中對于吸附溶質的電荷狀態的變化[5-6]。因此隨著吸附溶質的變化，整體的吸附過程也會受到影響。通過當pH 為3，7.89 和9 時，探討其對剛果紅廢水的吸附效果，對污泥基生物炭進行分析。

根據圖3 顯示：隨著pH 的增大，對剛果紅的去除率也增大。而在pH 為3 時，從圖3 可以看到，10min 的時間，對剛果紅的去除率達到了100%。這也是由于在pH 為3 時屬于酸性條件，酸性條件下的剛果紅的主要存在形式是以陽粒子的形式，以此促進了污泥基生物炭的整體吸附效果顯著增高。

圖3

5 結語

通過水熱法制備污泥，生物炭可以有效地幫助污水中污泥的處理。同時，采取水熱法對剛果紅染料也具有極好的去除效果。通過對材料表面的孔洞可以證明生物炭的吸附性能，有效地分離污泥中的有機物質，進行吸附材料的回收利用，提高吸附效果。