基于發(fā)酵床墊料的生物炭制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可去除水體、土壤環(huán)境中重金屬污染物的材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的日益發(fā)展，污水中所含的重金屬量也是與日倶增。而當(dāng)污水中的重金屬滲透進(jìn)大地，以及工礦業(yè)固體廢棄物污染等，土壤中的重金屬也已不可忽視。因此，如何將水體、土壤環(huán)境中的重金屬污染物去除，已成為亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。
[0003]目前，對(duì)污水中重金屬的處理方法通常有兩種，一是使污水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶的重金屬化合物或元素，經(jīng)沉淀和上浮，從廢水中去除，可應(yīng)用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分離法、離子浮選法、電解沉淀或電解上浮法、隔膜電解法等；二是將污水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行濃縮和分離，可應(yīng)用反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)法、離子交換法等。
[0004]而傳統(tǒng)的土壤重金屬污染治理方法有客土、換土和深耕翻土等工程措施，電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、土壤淋洗等物理化學(xué)修復(fù)，以及利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性的生物修復(fù)等。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理；物理化學(xué)修復(fù)屬于原位修復(fù)，不攪動(dòng)土層，并可以縮短修復(fù)時(shí)間，但是耗電量大；生物修復(fù)的難點(diǎn)在于尋找對(duì)某種或某族、某系金屬具有吸附作用的耐重金屬植物和微生物，調(diào)研成本較高，短期內(nèi)無(wú)法得出準(zhǔn)確結(jié)論。
[0005]生物炭作為一種由有機(jī)質(zhì)熱解而成的物質(zhì)，富含微孔，如將其應(yīng)用于土壤重金屬的治理之中，不但可以吸附土壤中的重金屬，還可以補(bǔ)充土壤的有機(jī)物含量，同時(shí)有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。
[0006]墊料主要由稻殼、鋸末、樹(shù)皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸桿等混合而成，是發(fā)酵床的主要組成部分。生物發(fā)酵床養(yǎng)豬法，也稱零排放養(yǎng)豬法、生態(tài)養(yǎng)豬法等，是根據(jù)微生態(tài)理論，利用微生物生長(zhǎng)發(fā)酵技術(shù)，在專門設(shè)計(jì)的豬舍內(nèi)鋪設(shè)墊料，通過(guò)飼料中添加益生菌和在墊料中接種發(fā)酵有益菌，使得豬生活在一個(gè)微生物良性循環(huán)的生態(tài)環(huán)境中。而對(duì)于發(fā)酵床產(chǎn)生的廢棄墊料的處理問(wèn)題，卻并沒(méi)有得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種變廢為寶的生物炭制備方法，以其作為用于吸附環(huán)境中重金屬污染物的環(huán)境修復(fù)材料。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案是:將發(fā)酵床墊料風(fēng)干后研磨，取得粒徑為60目的原料，再將原料密封于坩禍中，將坩禍置于馬弗爐中，經(jīng)過(guò)300°C?500°C的焙燒后，降至室溫后取出坩禍內(nèi)墊料生物炭。
[0009]為了方便研磨，需要降低生活污泥中的含水率，采用自然風(fēng)干的方法，主要是處于節(jié)約能源的目的。
[0010]過(guò)60目篩主要是使原料裝入坩禍中時(shí)能夠更密實(shí)并且使得制備的生物炭的能夠具有更大的比表面積。
[0011]如原料粒徑過(guò)大，其比表面積較小，生物炭的吸附能力較低；而如原料粒徑過(guò)小，制作成本較高，使用、回收也不太方便。故選擇60目較為適合。
[0012]采用本發(fā)明以上方法可獲得難溶的、穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物質(zhì)，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)該物質(zhì)可作為環(huán)境修復(fù)材料用于吸附環(huán)境中重金屬污染物，可高效去除水體和土壤中的重金屬(如Pb、Cd)污染物。本發(fā)明使墊料這種有機(jī)廢棄物能夠得以有效地回收利用，達(dá)到了將這些廢棄物料制備成生物炭以達(dá)到高效吸附環(huán)境中重金屬污染物的目的，既是對(duì)廢棄墊料的處理利用，又可用于水、土環(huán)境的修復(fù)改良。
[0013]與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于材料方便易得，成本低廉，制備流程簡(jiǎn)單，其處理廢水中重金屬污染物的效果顯著；同時(shí)也為回收利用廢棄墊料這類有機(jī)廢棄物提供了一大途徑。
[0014]本發(fā)明還提出以上方法制成的墊料生物炭在對(duì)廢水中重金屬的吸附中的應(yīng)用。
[0015]S卩，將墊料生物炭投加于廢水中，在混合體系的pH為4.5?5.5、溫度為25±1°C的條件下，對(duì)廢水中重金屬進(jìn)行吸附處理20?24小時(shí)，分離出沉淀物，取得無(wú)重金屬的水體。
[0016]通過(guò)以上處理方式，分別取得上清即無(wú)重金屬的水體，而富含重金屬的生物炭可以有兩種處理方式:1.直接作為固廢進(jìn)行處理；2.進(jìn)行解吸附處理，獲得再生的生物炭可繼續(xù)利用，高濃度重金屬?gòu)U水再進(jìn)行處理。
[0017]該處理方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):將富含有機(jī)質(zhì)的污泥利用起來(lái)，變廢為寶，節(jié)約資源，且操作簡(jiǎn)單。
[0018]進(jìn)一地，本發(fā)明在吸附處理進(jìn)，以NaNO3作為背景電解質(zhì)。
[0019]另外，用于投入于吸附混合體系中的所述背景電解質(zhì)中NaNO3與廢水的混合比為
0.01 mol: IL0
[0020]在吸附時(shí)此背景電解質(zhì)并非必須使用。
[0021]在操作過(guò)程中之所以使用背景電解質(zhì)，在研究吸附過(guò)程時(shí)0.01 mo I/L NaN03經(jīng)常被作為背景電解質(zhì)使用，其作用在于:1.不妨礙吸附；2.可抑制水解等其他反應(yīng)發(fā)生；
3.可維持體系離子強(qiáng)度的穩(wěn)定，避免因離子強(qiáng)度變化對(duì)測(cè)定的濃度產(chǎn)生影響，可以準(zhǔn)確的反映吸附的真實(shí)情況。在操作過(guò)程中之所以使用背景電解質(zhì)，也是基于以上考慮，同時(shí)為了與其它研究統(tǒng)一條件，方便進(jìn)行效果的比較。
[0022]另外，所述生物炭與重金屬污染廢水的混合比為lg:4000mL。在綜合考慮了重金屬污染廢水的濃度和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件所得，在該條件下，墊料生物炭對(duì)Pb' Cd2+的最大吸附量分別約為128mg/g、21mg/g。
【具體實(shí)施方式】
[0023]—、墊料生物炭的制備:
墊料由稻殼、鋸末、樹(shù)皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸桿等混合而成的墊料，經(jīng)在豬舍內(nèi)使用后，經(jīng)過(guò)風(fēng)干，然后進(jìn)行研磨，取過(guò)60目篩的粒料，即發(fā)酵床墊料，備用。
[0024]將發(fā)酵床墊料裝入25mL的小坩禍中，壓實(shí)，蓋上小坩禍蓋子，再將小坩禍放入50mL的大i甘禍中，再蓋大i甘禍上蓋子。
[0025]將大坩禍放入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率升到300°C后恒溫灼燒6h，冷卻至室溫后取出，即得300°C的墊料生物炭(D300)。
[0026]根據(jù)以上步驟，分別以400°C、500°C的恒溫灼燒，分別制得400°C、500°C的墊料生物炭(D400 和 D500)。
[0027]實(shí)驗(yàn)制得的生物炭產(chǎn)率分別為:墊料生物炭(D300)的產(chǎn)率為70% ;墊料生物炭(D400)的產(chǎn)率為67% ;墊料生物炭(D500)的產(chǎn)率為63%。
[0028]二、墊料生物炭在對(duì)含Pb2+和Cd 2+的重金屬污染廢水進(jìn)行吸附的試驗(yàn):
1、分別稱取0.0lg墊料生物炭，分置于七只50ml塑料離心管中，再分別向各只離心管加入不同濃度的(5，10，20，30，40，60，80 mg/L) Pb2+溶液40ml混合均勻。所有Pb 2+溶液均以含0.01 mo I/L的NaNO3作為背景電解質(zhì)，同時(shí)用0.lmo