基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法及应用，其中，该制备方法包括以下步骤：步骤一：先将在农田里收集回来的甘蔗叶用去离子水清洗表面的灰尘、晾干、剪碎，将剪碎后的甘蔗叶置于管式炉中，以高温还原性气氛条件下煅烧，从而制备得到生物炭；步骤二：将烧制好的生物炭与四氧化三铁、过一硫酸盐充分混合，制备成磁性生物炭复合材料。将本发明专利技术的磁性生物炭复合材料应用于市政污泥深度脱水中，能够有效解决城市污水处理厂产生的副产物剩余污泥沉降性能差、含水率高难以成型、污泥处置利用率低等问题。污泥处置利用率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于环境工程和材料科学
，具体涉及了一种基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法及其在市政污泥深度脱水的应用。

技术介绍

[0002]由于我国城市污水处理厂的污泥产量不断增多，据统计，2020年我国含水率80%的污泥产量已超过7000万吨，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。随着国家污染治理攻坚战的推进，我国污水处理率已超过90%，但是污泥无害化处置率不足30%，依然存在“重水轻泥”的现象。因此对于污泥的减量化无害化处理与处置迫在眉睫。剩余污泥具有产量高、含水率高（99%以上）、处理处置费用高（占污水处理厂运行成本50%左右）、二次污染风险高等特点，已成为污水处理厂亟需解决的问题。
[0003]目前传统污泥处理是直接使用混凝剂或絮凝剂的单一方法进行调理污泥，污泥内的胞外聚合物无法破解，脱水效率不高，以及存在运行成本高昂的缺点。
[0004]基于过硫酸盐的高级氧化技术通过能量或过渡金属活化，过一硫酸盐(PMS)或过二硫酸盐(PDS)产生同活性的自由基，破解污泥中的胞外聚合物（EPS），并促进污泥内难以处理的结合水的释放，进而实现污泥的快速高效脱水。与PDS相比，PMS结构不对称，更易被活化产生SO4
‑
，具有效率高、反应迅速、投加简便等优势。近年来在污泥脱水处理领域中的应用得到越来越多的关注，具有更良好的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对城市污水处理厂产生的副产物剩余污泥沉降性能差、含水率高难以成型、污泥处置利用率低等现状，提供一种基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法及其在市政污泥深度脱水的应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：先将在农田里收集回来的甘蔗叶用去离子水清洗表面的灰尘、晾干、剪碎，将剪碎后的甘蔗叶置于管式炉中，以高温还原性气氛条件下煅烧，从而制备得到生物炭；步骤二：将烧制好的生物炭与四氧化三铁、过一硫酸盐充分混合，制备成磁性生物炭复合材料。
[0007]本专利技术进一步说明，步骤一中所述生物炭为经过100～800℃持续10～50min炭化，并去除其中灰分后过100目筛网获得的生物炭材料。
[0008]本专利技术进一步说明，所述四氧化三铁与过一硫酸盐的摩尔比为0.2～0.8。
[0009]本专利技术进一步说明，所述过一硫酸盐的投加量为100～700 mg/g TSS。
[0010]上述的基于高级氧化的磁性生物炭复合材料在市政污泥深度脱水的应用，具体为：将制备好的磁性生物炭复合材料加入到市政剩余污泥中，利用生物炭作为基底，四氧化
三铁负载于其上，阻隔本身因磁性发生的团聚反应，并有效提高四氧化三铁内的Fe
2+
与Fe
3+
的催化性能，激活过一硫酸盐产生更多的硫酸根自由基SO4‑
·
，SO4‑
·
的强氧化作用裂解污泥胞外聚合物EPS的刚性结构，释放EPS内的蛋白质和多糖，然后Fe
2+
、Fe
3+
的络合作用将蛋白质和多糖分离，促进污泥内部结合水的释放；同时，磁性生物炭复合材料中的生物炭随时为被强氧化作用破解后的污泥碎片提供骨架支撑作用，且通过吸附作用，将分离后的蛋白质和多糖吸附沉降；磁性生物炭复合材料同时提供了强氧化作用、络合作用、吸附作用，三者协同处理，促使市政污泥中胞外聚合物破裂释放结合水，提升污泥的可压缩性，实现污泥深度脱水。
[0011]本专利技术的复合材料能够同步实现促使污泥中胞外聚合物破裂并释放结合水，协同提升污泥的可压缩性的作用，实现高效能的污泥深度脱水。该方法利用四氧化三铁活化过一硫酸盐，解决了芬顿法调理剩余污泥中额外入亚铁离子和双氧水的问题，降低了高级氧化技术调理市政污泥的成本，同时四氧化三铁具有磁性，通过回收实验可知，回收后的四氧化三铁仍具有较高的催化性，能够重复使用。本方法调理剩余污泥具有可回收催化剂、提高污泥热值、节约成本、环境友好、无二次污染等优点。。
[0012]本专利技术进一步说明，所述市政剩余污泥为经过二次沉降的市政污泥，含水率为80～99wt%。
[0013]本专利技术进一步说明，将制备好的磁性生物炭复合材料加入到市政剩余污泥之后，对市政剩余污泥进行机械搅拌，其转速为100～550r/min。
[0014]本专利技术进一步说明，在脱水处理过程中对体系进行四氧化三铁回收处理，重复4次后回收率可达70～85%以上。
[0015]本专利技术进一步说明，所述将四氧化三铁、过一硫酸盐和生物炭加入到市政剩余污泥中进行深度脱水，体系中的pH值范围是5～9。
[0016]本专利技术进一步说明，脱水处理时间为5～40min。
[0017]本专利技术的优点：（1）本专利技术使用的甘蔗叶为农作物的废弃物，达到了“以废治废”的目的，可以解决广西地区甘蔗叶的处理与处置问题。
[0018]（2）本专利技术中磁性生物炭复合材料的制备过程中，其优势在于仅通过机械搅拌的形式就可以将生物炭、Fe3O4、PMS混合均匀，Fe3O4的活化效果高，且操作简便有效。
[0019]（3）本专利技术中Fe3O4活化PMS联合甘蔗叶生物炭协同调理剩余污泥，是可以有效地提高剩余污泥的脱水性能的新型污泥调理方法，且在科学实验和工程实践中鲜有应用。在使用活性污泥法的污水处理的剩余污泥调理工艺中，传统应用是聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂作为污泥调理剂，调理过后经过机械脱水的污泥泥饼含水率依然较高，造成后期污泥处置的成本陡增。
[0020]（4）本专利技术专利涉及新型污泥联合调理脱水方法，调理后污泥含水率大幅下降，污泥脱水性能显著提升，可以达到比传统使用污泥调理工艺更低的含水率，脱水效果优于其他调理方法。
[0021]（5）本专利技术涉及的污泥联合调理污泥脱水方法，将广西地区农作废弃物—甘蔗叶作为生物炭骨架材料的原料，对于污泥含水率高其未定型状态提供了支撑和骨架作用，并且提高了污泥泥饼的热值，对于污泥的后续处置大大提升了利用价值，又进一步实现“以废
治废”的目的。
[0022]（6）本专利技术涉及的污泥联合调理污泥脱水方法，将四氧化三铁作为活化过一硫酸的激活剂，相比于其他污泥调理工艺，本专利技术的优点是：可以进行四氧化三铁的回收，回收技术简单，并且不会产生大量的铁泥，最佳pH条件可调控在中性范围内，且该工艺的构筑物少，工序简单，操作便利，投资运行成本低廉，可以为剩余污泥的处理处置提供新思路。
附图说明
[0023]图1为本专利技术制备的生物炭与本专利技术实施例1的磁性生物碳复合材料各体系对市政剩余污泥脱水性能的效果；图2为本专利技术在不同四氧化三铁与过一硫酸盐不同摩尔比对市政剩余污泥脱水性能的效果图；图3为本专利技术在不同过一硫酸盐投加量对市政剩余污泥脱水性能的效果图；图4为本专利技术实施例1的磁性生物炭复合材料在不同反应时间对市政剩余污本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：先将在农田里收集回来的甘蔗叶用去离子水清洗表面的灰尘、晾干、剪碎，将剪碎后的甘蔗叶置于管式炉中，以高温还原性气氛条件下煅烧，从而制备得到生物炭；步骤二：将烧制好的生物炭与四氧化三铁、过一硫酸盐充分混合，制备成磁性生物炭复合材料。2.根据权利要求1所述的基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述生物炭为经过100～800℃持续10～50min炭化，并去除其中灰分后过100目筛网获得的生物炭材料。3.根据权利要求1所述的基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁与过一硫酸盐的摩尔比为0.2～0.8。4. 根据权利要求1所述的基于高级氧化的磁性生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述过一硫酸盐的投加量为100～700 mg/g TSS。5.如权利要求1
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4任一所述的基于高级氧化的磁性生物炭复合材料在市政污泥深度脱水的应用，其特征在于，具体为：将制备好的磁性生物炭复合材料加入到市政剩余污泥中，利用生物炭作为基底，四氧化三铁负载于其上，阻隔本身因磁性发生的团聚反应，并有效提高四氧化三铁内的Fe
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与Fe
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的催化性能，激活过一硫酸盐产生更多的硫酸根自由基SO4‑
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，SO4‑
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的强氧化作用裂解污泥胞外聚合物EPS的刚性结构，释放EP...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丽营，刘细祥，潘鸿辉，罗福钰，刘艳，周钲，李楠，林珊，
申请(专利权)人：华鸿水务集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：