污泥基生物炭的水热法制备及吸附性能研究

郑海亮，张英，贺利飞，解寅珑

（神木职业技术学院，陕西神木 719300）

当前，随着我国经济的不断发展，城市化进度的加快，也使得我国生活污水的产量越来越大。目前对污泥的处理任务也日需加重。根据统计，每处理1 万t 的生活污水可产生5～8 万t 含水率80%的污泥。由于水中的污泥含量过大，并且含水高，已经影响了当前污水处理厂进行运行的关键。因此为了更好地进行污泥的处理，需要针对污泥中富含的有机物，重金属等进行降解。通过水热法进行处理，使将污水中的污泥进行降解是目前降解手段。

1 生物炭介绍

生物炭是通过在没有空气的情况下进行热降解而产生的有机化合物。生物炭目前来说用于对环境污染方面的污染物吸附有很好的作用，在对于改善土壤肥力以及其他生态服务中，可以减轻气候的变化，帮助生物群进行新陈代谢。而通过热解的方法，可以将生物质在低氧的条件下进行转化，转化为多孔性的富碳材料，使其可以长期的在环境中保存。而生物炭通过低温热解可以对污泥中的有机元素重金属等进行降解，经过化学性质物理性质的一系列改变可以对污泥中的污染物质进行吸附，借助生物炭的高比表面积以及丰富的孔隙结构，除去水中污泥中的有机质，重金属等。

2 目前污泥的技术处理

针对目前我国的情况来说，焚烧法需要进行脱水提高预热，因此在成本方面消耗巨大。对于卫生填埋来说需要较大的用地面积，而许多城市已经不具备相关条件。由于目前来说我国已经禁用剩余污泥作农田肥料，堆肥法也受到了大量的限制。

对于污水处理的过程，污泥是其留下来的副产物，随着我国的工业化全球化的不断发展，导致污水的产量也大大增加，随之而来的是对于剩余污泥的处理问题来说非常艰巨。根据当前的对污泥处置的二次污染问题中，需要针对污泥的处理进行稳定化，减量化，无害化的方向发展，并且随着我国的要求不断增加，对于污泥的处置率要达到90%以上[1]。同时污泥拥有更多的病原体、有机质、微生物、重金属等。如果不经过处理，直接进行排放堆放，会导致对环境、土壤、水源等造成严重的污染。除此之外，污泥中含有的重金属物质会在食物链中对食物安全造成威胁，更严重的会影响生态平衡。因此，传统的方式上对污泥进行堆肥，填埋焚烧等，一定程度上可以实现资源的再次利用，但其中也有很多的限制。例如：在堆肥和填埋的过程中，如果污水中含有有毒物质，会使毒素扩散在微生物的环境中传播，造成污染。焚烧会产生温室气体等使之对资源的控制管理降低。

表1 制备试验参数对比

3 水热法制备优势

由于对生活中产生的废水来说里面的含量复杂，同时其中的污泥中含有的有机物成分较高，因此需要实现资源的再次利用，使资源合理化应用。通过对污泥进行资源化利用，与此利用水热法可以进行制备生物炭。近年来，生物炭由于其突出的特点，吸附量大以及价格低等优势，已经逐渐应用在当前的水体净化，空气净化等领域。通过对污泥制生物炭的方法进行分析，水热法在实际的操作中可以不受物料的含水量大小的影响，因此不需要对污泥进行事先的干燥。除此之外，对于微波法和热烈解法都需要进行对含水率的考虑，因此水热法可以有效地节约成本。同时，该方法生产的生物炭拥有更高的产率，在对其进行官能团的保留时，可大大地提高整体的吸附性能[2～4]。

4 制备方法

对于污泥基生物炭的制备来说，首先需要对污水中的污泥进行烘干，研磨的预处理，并且用100 目筛二次处理，在200mL 的水热反应釜中进行预处理后将剩余的污泥30g 和去离子水，150mL 密闭放入加热炉中进行加热，随后将温度升高维持在250℃，恒温保持7h 冷却结束后恢复至室温抽取真空，在90℃的烘箱中烘干研磨至100 目，得到污泥基生物炭。

4.1 改变投入量

通过控制变量法，针对不同的实验环境对吸附性能进行探讨，本文采用对刚果红进行吸附效果地进行分析。图1 不同的投入量产生的吸附效果。

图1 加入量对吸附效果的影响

根据图1 显示：通过对生物炭的投入量，不同情况下可以在图中发现，在60min 时，生物炭的吸附性能趋于平缓，并且随着吸附量的增加，对刚果红的吸附去除效果更快，而随后再吸附量为0.5h时，30min 后刚果红的去除率可达到96.05%。

不同的加入量对pH 的影响见图2。

根据图2 表示：对于pH 来说，随着去除率的变化，总体来看，投加生物炭对pH 的影响为先微小地降低，随后随着时间趋于平缓，接近溶液为中性。

图2 加入量对pH 的影响

4.2 pH 的不同对污泥基生物炭的吸附影响

对于不同pH 条件下污泥基生物态吸附性能来说，随着pH 的变化，关系着溶液中对于吸附溶质的电荷状态的变化[5-6]。因此随着吸附溶质的变化，整体的吸附过程也会受到影响。通过当pH 为3，7.89 和9 时，探讨其对刚果红废水的吸附效果，对污泥基生物炭进行分析。

根据图3 显示：随着pH 的增大，对刚果红的去除率也增大。而在pH 为3 时，从图3 可以看到，10min 的时间，对刚果红的去除率达到了100%。这也是由于在pH 为3 时属于酸性条件，酸性条件下的刚果红的主要存在形式是以阳粒子的形式，以此促进了污泥基生物炭的整体吸附效果显著增高。

图3

5 结语

通过水热法制备污泥，生物炭可以有效地帮助污水中污泥的处理。同时，采取水热法对刚果红染料也具有极好的去除效果。通过对材料表面的孔洞可以证明生物炭的吸附性能，有效地分离污泥中的有机物质，进行吸附材料的回收利用，提高吸附效果。