一种用造纸污泥生物碳加强去除水体磷酸盐的方法技术

本发明专利技术涉及水处理领域，提供了用一种基于造纸污泥的生物碳吸磷材料加强水体中磷酸盐去除的方法。该方法以造纸污泥为原料，经清洗、干燥、粉碎后，放入马弗炉中，在氮气氛围下于300～800℃碳化处理,自然冷却后过筛得到最终的造纸污泥生物碳材料。本发明专利技术制备的造纸污泥生物碳具有环境友好，成本低廉，吸附性能优异等优势，并且碳表面带有磁性，可解决实际工程应用中生物碳吸附磷酸盐后与水快速分离的问题。

A method to enhance the removal of phosphate from water by using the biological carbon of papermaking sludge

The invention relates to the field of water treatment, and provides a method for strengthening phosphate removal in water body with a biological carbon phosphorus absorption material based on paper-making sludge. This method takes papermaking sludge as raw material, after cleaning, drying and grinding, put it into muffle furnace, carbonize it at 300-800 \u2103 in nitrogen atmosphere, cool it naturally, and then sieve it to get the final papermaking sludge biochar material. The paper-making sludge biochar prepared by the invention has the advantages of environmental friendliness, low cost, excellent adsorption performance, etc., and the carbon surface is magnetic, which can solve the problem of quick separation of biochar from water after phosphate adsorption in practical engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种用造纸污泥生物碳加强去除水体磷酸盐的方法
本专利技术涉及水处理领域，提供了用一种基于造纸污泥的生物碳吸磷材料加强水体中磷酸盐去除的方法。
技术介绍
近年来，随着人类生产和工业活动的增加，大量磷酸盐(P)排放到湖泊和河流等地表水体后引起的富营养化已成为世界范围内的环境问题。据统计，我国江河湖泊目前正普遍遭受污染，已有75％的湖泊出现了不同程度的富营养化。水体富营养化会导致藻类大量繁殖，消耗水中的氧气，引起水生植物和鱼类大量死亡甚至绝迹，而水质会因氧气的缺少而发臭，同时也会威胁人类健康。为了有效地处理污水中磷排放超标的问题，现有的解决办法包括电解法，离子交换法，化学沉淀法，结晶法和吸附法等。电解法耗能大，运行费用高，维护管理复杂。离子交换法可以快速除磷且除磷效率较高，但是交换树脂存在易中毒，再生困难等缺点。化学沉淀除磷处理成本高，污泥量大，所形成的污泥会造成二次污染。结晶法节省占地面积且易于控制，但是对pH要求高。与其他处理方法相比，吸附法处理含磷废水具有高效，经济，稳定，易操作等优点。常用的吸附剂包括活性炭，沸石，黏土矿物，生物碳等，生物碳作为水中处理磷酸盐的吸附剂，来源广泛，低成本，符合可持续发展理念，基本不会对环境造成负面影响。生物碳是一种含碳丰富，具有高的比表面积，高孔隙度的固体材料，它是由生物质在无氧或限氧条件下经过高温热解后生成的固态产物。近年来，作为一种多功能材料，已被越来越多的人广泛应用于环境和农业领域，此外，它还被认为是一种高效，低成本的吸附剂，具有很大的污染水处理潜力。然而，由于其带表面的负电性，决定了它对水溶液中的重金属和阳离子有机物具有良好的吸附性能，同时因静电排斥，对磷酸盐等阴离子污染物的普遍吸附效果不理想。若希望将生物炭运用于吸附净化磷酸盐等阴离子污染物含量较多的废水,则需要选取合适的用于制备生物碳的生物质原材料，又或是在一定条件下对生物碳进行改良。造纸污泥是造纸厂加工残留下来的化学产品，在经过污水处理，沉淀物和留下的颗粒形成污泥，它会产生二恶英和呋喃等有害物质，对环境有很大危害。造纸废水处理产生的污泥一般为同等规模城市污水处理厂的5～10倍,如此大量的造纸污泥很容易造成严重的二次污染。因此将造纸污泥热解制备成生物碳用于对污水中磷酸盐的吸附，不仅解决了污泥处理的问题，而且节省了资源，具有良好的环境效益和经济效益，实现了“以废治废”。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用造纸污泥生物碳加强去除水体磷酸盐的方法，其能够显著提升对水中磷酸盐的吸附性能。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1:将新鲜的造纸污泥碎成小块，用清水反复冲洗后放置在阳光下曝晒2天，随后将其置入100℃的烘箱中干燥24h，直至重量恒定，再用粉碎机粉碎，得到造纸污泥粉末。步骤2：将步骤1中的得到的造纸污泥粉末放入马弗炉中，在氮气氛围下绝氧热解，其中热解温度为300～800℃，升温速率为5～10℃/min，恒温时间为1h，待冷却至室温后，研磨并过筛至100目备用。所述步骤2中造纸污泥粉末热解制备造纸污泥生物碳时，热解温度优选为800℃，升温速率优选为10℃/min。本专利技术的造纸污泥生物碳即油上述方法制备得到。将上述的造纸污泥生物碳加入待处理水中即可加强对磷酸盐的吸附处理。如接触时间24h，固液比为1:2000时(0.01g/20mL)，300度造纸污泥生物碳对20mg/L的磷酸盐吸附去除率为18.18％，800度造纸污泥生物碳对其吸附去除率为60.51％，1:1000时(0.02g/20mL)，300度和800度造纸污泥生物碳对磷酸盐的吸附去除率分别为35.60％和100％。本专利技术的有益效果包括：分析不同温度下热解制备的造纸污泥生物碳的比表面积：随着热解温度的升高，生物碳的比表面积逐渐的增加,其孔容和孔径也出现递增趋势，这有利于生物碳吸附容量的增加，提高了生物炭的吸附性能；该造纸污泥生物碳的表面主要含有的元素是：C、H、O、N、Ca、Fe，其中Fe元素主要以铁氧化物的形式存在于造纸污泥生物碳的表面。通过对比造纸污泥生物质原料和经过不同温度热解后形成的造纸污泥生物碳的x射线衍射分析图可以表明:图中2θ＝30.2°时，500度和700度造纸污泥生物碳都出现了Fe3O4的峰，在2θ＝35.7°时，500度造纸污泥生物碳出现了Fe2O3的峰，而在2θ＝43.4°时，700度和800度造纸污泥生物碳出现了FeO的峰，这些峰的出现表明了由造纸污泥生物质原料经过热解制备而成的造纸污泥生物碳表面上成功的形成了磁铁矿，使其具有磁性，这意味着实际工程应用中生物炭吸附磷酸盐后与溶液快速分离的问题能够得到解决，实验证实也的确如此。本专利技术基于造纸污泥量大且难处理的事实，利用造纸污泥为生物质原材料制备成生物炭，用于水体中磷酸盐的吸附，既解决了造纸污泥二次污染的问题，也可用于受污染水体的修复，以废治废。附图说明图1为本专利技术造纸污泥生物碳的SEM扫描图:(a).300度造纸污泥生物碳；(b).500度造纸污泥生物碳；(c).700度造纸污泥生物碳；(d).800度造纸污泥生物碳。图2为本专利技术造纸污泥生物碳与造纸污泥生物质原材料的x射线衍射分析图片。图3是不同温度下制备的造纸污泥生物碳对磷酸盐的吸附性能试验对比图。图4为本专利技术制备的造纸污泥生物碳吸附磷酸盐后的固液分离照片。具体实施方式步骤1：将新鲜的造纸污泥碎成小块，用清水反复冲洗后放置在阳光下曝晒2天，随后将其置入100℃烘箱中干燥24h，直至重量恒定，再用粉碎机粉碎，得到造纸污泥粉末。步骤2：将步骤1中得到的造纸污泥粉末放入在马弗炉中，在氮气氛围下绝氧热解，其中热解温度为300～800℃，升温速率为5～10℃/min，恒温时间为1h，待冷却至室温后，研磨并过筛至100目备用。所述步骤2中造纸污泥粉末热解制备造纸污泥生物碳时，热解温度优选为800℃，升温速率优选为10℃/min。将按上述的造纸污泥生物碳加入待处理水中即可加强对磷酸盐的吸附处理。如接触时间24h，固液比为1:2000时(0.01g/20mL)，300度造纸污泥生物碳对20mg/L的磷酸盐吸附去除率为18.18％，800度造纸污泥生物碳对其吸附去除率为60.51％，1:1000时(0.02g/20mL)，300度和800度造纸污泥生物碳对磷酸盐的吸附去除率分别为35.60％和100％。为了说明本专利技术制备得到的造纸污泥生物碳的性质，采用BET比表面积、x射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对不同温度下制备得到的造纸污泥生物碳进行对比分析。下表为生物碳的比表面积分析表。比表面积样品比表面积(m2/g)孔容(cm3/g)孔径(nm)300度造纸污泥生物碳37.880.0918.6515本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种造纸污泥生物碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：将新鲜的造纸污泥碎成小块，用清水反复冲洗后放置在阳光下曝晒2天，随后将其置入100℃的烘箱中干燥24h，直至重量恒定，再用粉碎机粉碎，得到造纸污泥粉末；/n步骤2：将步骤1中的得到的造纸污泥粉末放入马弗炉中，在氮气氛围下绝氧热解，其中热解温度为300～800℃，升温速率为5～10℃/min，恒温时间为1h，待冷却至室温后，过筛100目得到造纸污泥生物碳。/n

【技术特征摘要】
1.一种造纸污泥生物碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将新鲜的造纸污泥碎成小块，用清水反复冲洗后放置在阳光下曝晒2天，随后将其置入100℃的烘箱中干燥24h，直至重量恒定，再用粉碎机粉碎，得到造纸污泥粉末；
步骤2：将步骤1中的得到的造纸污泥粉末放入马弗炉中，在氮气氛围下绝氧热解，其中热解温度为300～800℃，升温速率为5～10℃/min，恒温时间为1h，待冷却至室温后，过筛100目得到造纸污泥生物碳。


2.根据权利要求1所述的一种造纸污泥生物碳的制备方法，其特征在于：所述步骤2中造纸污泥粉末热解制备造纸污泥生物碳时，热解温度优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李效典，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33