[发明专利]一种改性污泥质生物炭的制法及所得生物炭与应用

说明书

本发明公开了一种改性污泥质生物炭的制法及所得生物炭与应用，以废弃市政污泥为原料，将其烘干、粉碎、过筛，得粉末状材料；在碱性环境下与氯化镁和氯化钙溶液混合振荡，60℃浸渍12h，制得改性污泥粉末；最后将粉末置于管式炉中并于惰性气氛下高温热解，得到改性污泥质生物炭除磷吸附剂。改性污泥质生物炭在浓度为50mg/L的含磷废水中除磷时，其对磷酸盐的吸附容量为27.27mg/g，约是同等条件下未改性污泥生物炭的3.3倍。通过模型计算，改性污泥质生物炭对磷酸盐的最大吸附容量可达192.6mg/g。本发明制备的改性污泥质生物炭除磷吸附剂性能稳定，实现了废旧资源的再利用，为吸附净化含磷废水提供了一种环境友好、吸附性能优越的生物炭材料。

技术领域

本发明属改性吸附剂材料制备，具体涉及一种改性污泥质生物炭及制备方法与作为除磷吸附剂的应用。

背景技术

近年来，随着工农业活动的迅速发展，大量氮磷营养元素排入水体，导致水体富营养化、赤潮、黑臭水体等诸多环境问题的产生。已有研究表明减少磷的排放是控制富营养化问题的重要举措，磷元素是主要的限制因子。目前，主要的除磷方法包括化学沉淀法、生物法、人工湿地法和吸附法等，其中吸附法具有设备占地面积小、工艺简单、无二次污染、且可以进行磷资源回收等优点，因此受到广泛关注。

与此同时，剩余污泥作为污水处理厂产生的固体废物，一方面面临着产量高、成分复杂、处理难度大等问题；另一方面，污泥中含有大量的有机物和磷，直接处理不利于资源的回收再利用。而污泥碳化技术是目前新兴的一种污泥处理技术，有研究发现碳化过程污泥的有机质会碳化、造孔和结构蓬松，使得剩余污泥作为生物炭的制备原料成为可能。因此，利用以剩余污泥为原料制备生物炭不仅能实现污泥“减量化、稳定化和无害化”处理，还能解决吸附剂原材料成本过高的问题，达到以废治废的目的。

现有技术中，使用复合金属制备生物炭材料用于磷酸盐去除方面仍鲜有发现，Jiang等人在Environmental Science and Pollution Research,26(18):18343-18353期刊中发表的“Phosphate adsorption from wastewater using ZnAl-LDO-loadedmodified banana straw biochar”一文中，通过Mg-Al改性大豆秸秆制得对磷酸盐的生物炭吸附材料，其对磷酸盐的吸附时未改性生物炭的21倍，但释放的ZnAl不易处理，难以推广使用；申请公布号为CN1110013888A的专利公开了一种竹基生物炭除磷吸附剂的制备方法及其应用，将竹子粉碎成竹屑，然后加入乙酸溶液浸泡，并与海水充分混合，制得改性Mg-Ca生物炭，对磷酸盐的最大吸附容量为47.2mg/g，但从推广前景方面来说并不大；申请公布号为CN108525638A的专利公开了一种生物质炭纤维/层状双金属氢氧化物吸附除磷材料，首先将生物质在碱性环境中浸渍5h后洗至中性烘干，然后将样品分散在次氯酸钠溶液中进行漂白3～5h，置于管式炉中热解2～6h，最后在水和二甲砜混合液中超声，加入铝盐和铜盐溶液中水热反应10～12h，整个过程工艺复杂，改性添加剂用量大，成本高。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种利用废弃污泥结合钙镁氧化物来制备生物炭的方法；本发明的第二目的在于提供一种通过上述方法制备的生物炭；本发明的第三目的在于提供上述生物炭作为吸附剂在含磷黑臭水体中除磷的应用。

技术方案：本发明的一种改性污泥质生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)取剩余污泥，干燥、粉碎、过筛后得到污泥粉末；

(2)取氯化镁和氯化钙配置成混合溶液，将步骤(1)得到的污泥粉末加入混合溶液中，然后于恒温搅拌，再加入碱性溶液，水浴振荡浸渍后，水洗、干燥，得到一次改性污泥粉末；

(3)将一次改性污泥粉末放入管式炉中高温热解，得到改性污泥质生物炭粉末，接着将改性污泥质生物炭粉末用去离子水洗至中性，再真空干燥，研磨过筛，得目标产物。