【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污泥处理，特别是涉及一种羧基化复合生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、我国城镇污水处理厂普遍面临两个问题，一个是进水碳氮比偏低，生物脱氮碳源不足，经常需要投加大量外部碳源，如葡萄糖、乙酸钠、甲醇等；第二个是富含碳资源的剩余污泥产量逐年升高，处理处置成本逐年升高。
2、近些年，采用污水处理厂剩余污泥发酵产酸发酵液作为污水处理厂脱氮补充碳源的研究始终是重点研究方向。然而，在污泥发酵液生产过程中，引入的预处理技术多会导致产生大量氨氮，降低发酵液可生化性和碳源的脱氮利用率，同时厌氧发酵过程会恶化污泥的脱水性，这给污泥发酵液的回收和碳源的利用造成了困难。
3、在果醋发酵过程中产生大量的乙酸、柠檬酸、乳酸、氨基酸以及多酚化合物等，同时产生大量发酵废渣。已报道的采用食醋发酵渣制备的生物炭中含有大量的羧基、酚羟基等含氧官能团，具有良好的吸附性，体现出经济与环保价值。
4、污泥发酵液中氨氮一般为游离的分子和离子，二者的存在形式主要与ph值有关，通常以ph 8-9为界，酸性条件下主要形式为离子态，呈非极性；碱性条件下主要存在形式为分子态，呈现极性。发酵液中高生物可给性的碳源为脂肪酸类有机物，尤其是短链脂肪酸(scfas),短链脂肪酸为弱极性分子，随着碳链延长，脂肪酸分子极性减弱甚至呈现非极性。污泥制备生物炭用于水体中氨氮的去除污泥生物炭一直被广泛研究，然而剩余污泥生物炭不做改性处理的话，一般呈非极性，酸性官能团含量较少，这导致对碱性污泥发酵液中氨氮的吸附效果较差，同时对大量的多糖、蛋白和脂肪酸
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种羧基化复合生物炭及其制备方法和应用，基于生物炭对污泥发酵液中对氨氮和脂肪酸类有机物的特征和生物炭性质对其吸附能力的影响特点，采用产酸发酵剩余污泥和果醋酵渣等发酵固体废弃物开发了一种用于去除污泥发酵液中氨氮的复合生物炭，以实现发酵液回收过程中氨氮的去除，提升污泥发酵液可生化性，和作为反硝化脱氮碳源的应用价值。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种羧基化复合生物炭的制备方法，包括如下制备步骤：
4、s1.将产酸发酵剩余污泥与果醋酵渣混合调质；
5、s2.使用氯化锌浸渍活化后，经高温热解炭化得到复合生物炭；
6、s3.将复合生物炭进行酸洗，以去除灰分及营造酸性条件；
7、s4.采用过氧化氢对酸性复合生物炭进行氧化处理，水洗烘干后，制得羧基化复合生物炭。
8、进一步地，步骤s1中，产酸发酵剩余污泥为来自于污水厂产酸发酵的剩余污泥，含水率为60％-80％；酵渣来自苹果醋发酵酵渣，酵渣占比为40％-50％。
9、进一步地，步骤s2中使用氯化锌浸渍活化后，经高温热解炭化得到复合生物炭的具体步骤如下：
10、将原料充分混合后，用3mol/l氯化锌以固液比1:1.5浸渍24h；
11、然后于550-650℃高温热解85-95min，进行炭化，升温速率为4-6℃/min；
12、之后用去离子水反复震荡洗涤2-4次，每次5-10min，溶去剩余的氯化锌，制得复合生物炭。
13、进一步地，其中，步骤s3中将复合生物炭进行酸洗，以去除灰分及营造酸性条件的具体步骤如下：
14、将复合生物炭烘干后，破碎至粒度0.5-5.0mm；
15、然后采用3mol/l的稀硫酸震荡洗涤20-30min；
16、之后离心处理，获得酸洗后的复合生物炭；
17、其中，步骤s4中采用过氧化氢对酸性复合生物炭进行氧化处理，水洗烘干后，制得羧基化复合生物炭的具体步骤如下：
18、向复合生物炭中加入30％分析纯过氧化氢，固液比1:5-1:10；
19、在95-95℃反应温度下同时进行搅拌超声处理，并回流反应1.5-2.5h，搅拌速率为80-120rpm，超声频率为45-60hz；
20、反应结束后，5000g离心获得氧化后的复合生物炭，并使用去离子水反复洗涤离心至中性，然后通过不超过80℃的热风烘干至恒重，得到羧基化复合生物炭。
21、基于同一专利技术构思，本申请还提供一种使用上述的羧基化复合生物炭的制备方法制备的羧基化复合生物炭。
22、基于同一专利技术构思，本申请还提供一种上述的羧基化复合生物炭在处理碱性发酵污泥中的应用。
23、进一步地，所述的羧基改性复合生物炭应用于与pam联用调理碱性发酵污泥,，改善污泥脱水性的同时去除污泥中的氨氮。
24、进一步地，所述的羧基改性复合生物炭应用于与pam联用调理碱性发酵污泥,，改善污泥脱水性的同时去除污泥中的氨氮的具体应用步骤为：
25、先开启100rpm快速搅拌，向碱性发酵污泥中投加羧基化复合生物炭75-100mg/gtss，充分搅拌下，投加阳离子聚丙烯酰胺5.0-7.5mg/gtss，并持续搅拌1.0-2.0min，然后于30rpm慢速搅拌5.0-10.0min；
26、其中，碱性发酵污泥的ph大于8.0，浓度tss＝40～60g/l。
27、进一步地，所述的羧基改性复合生物炭应用于处理碱性污泥发酵液，以吸附去除氨氮，同时减少对脂肪酸类有机物的吸附损耗。
28、进一步地，所述的羧基改性复合生物炭应用于处理碱性污泥发酵液，以吸附去除氨氮，同时减少对脂肪酸类有机物的吸附损耗的具体应用步骤为：
29、充分搅拌混凝脱滤后获得的污泥发酵液，投加羧基化复合生物炭400～600mg/l，持续搅拌30min，然后自然沉降1h即可；
30、其中，碱性污泥发酵液的ph大于8.0；
31、其中，碱性污泥发酵液中的氨氮浓度小于1000mg/l。
32、本专利技术的有益效果如下：
33、1、本申请提供的制备方法，其采用的原材料为污水处理行业和食品生产行业的两种发酵固体废弃物，制成复合生物炭后，又回用于污水处理行业的资源回收，实现了资源循环利用，将有效降低污水处理成本。
34、2、本申请通过选用发酵污泥和果醋发酵酵渣混合制备，以增加赋存羧基等含氧官能团的丰度；并经过强氧化处理进行羧基化改性进一步增加羧基挂能团丰度，增强了复合生物炭对碱性环境下氨氮的吸附效果，同时减弱了复合生物炭对发酵液中脂肪酸类有机物的吸附损耗。
35、3、本申请提供的羧基改性复合生物炭，既可以在污泥调理中使用又可以在发酵液除杂提质中使用，具有应用场景的多元性。
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1.一种羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中，产酸发酵剩余污泥为来自于污水厂产酸发酵的剩余污泥，含水率为60％-80％；酵渣来自苹果醋发酵酵渣，酵渣占比为40％-50％。
3.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中使用氯化锌浸渍活化后，经高温热解炭化得到复合生物炭的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，
5.一种使用权利要求1-4任一项所述的羧基化复合生物炭的制备方法制备的羧基化复合生物炭。
6.一种如权利要求5所述的羧基化复合生物炭在处理碱性发酵污泥中的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的羧基改性复合生物炭应用于与PAM联用调理碱性发酵污泥,，改善污泥脱水性的同时去除污泥中的氨氮。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的羧基改性复合生物炭应用于与PAM联用调理碱性发酵污泥,，改善污泥脱水性的同时去除污
9.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的羧基改性复合生物炭应用于处理碱性污泥发酵液，以吸附去除氨氮，同时减少对脂肪酸类有机物的吸附损耗。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的羧基改性复合生物炭应用于处理碱性污泥发酵液，以吸附去除氨氮，同时减少对脂肪酸类有机物的吸附损耗的具体应用步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，步骤s1中，产酸发酵剩余污泥为来自于污水厂产酸发酵的剩余污泥，含水率为60％-80％；酵渣来自苹果醋发酵酵渣，酵渣占比为40％-50％。
3.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，步骤s2中使用氯化锌浸渍活化后，经高温热解炭化得到复合生物炭的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的羧基化复合生物炭的制备方法，其特征在于，
5.一种使用权利要求1-4任一项所述的羧基化复合生物炭的制备方法制备的羧基化复合生物炭。
6.一种如权利要求5所述的羧基化复合生物炭在处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：康旭，孟庆杰，王一显，王雁梅，张佳宝，李西齐，刘文宗，曾冰儿，
申请(专利权)人：深圳市深水水务咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：
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