[发明专利]基于生活污泥的生物炭制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种去除水体、土壤环境中重金属污染物同时对污泥进行有效回收利用的环境修复材料的制备和使用方法。

背景技术

随着我国城镇污水处理厂的建设运行，我国城镇污水处理厂产生的剩余污泥也愈来愈多，而对于污泥的处理利用却没有太好的方法。许多污水处理厂将污泥进行焚烧处理，不仅会产生二噁英等有害物质，也是对污泥这一资源的浪费。如用来制备生物炭，不仅能有效回收利用这些有机废弃物，而且能产生一定的经济效益。

生物炭作为一种由有机质热解而成的物质，富含微孔，如将其应用于水体、土壤中重金属的治理，不但可以吸附钝化水体、土壤中的重金属，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。

如今，污水中所含的重金属量随着工业化的发展与日俱增。而当污水中的重金属渗透进大地，以及工矿业固体废弃物污染等，土壤中的重金属也已不可忽视。因此，如何将水体、土壤环境中的重金属污染物去除，已成为亟待解决的科学问题。

目前，对污水中重金属的处理方法通常有两种，一是使污水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的重金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除，可应用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、离子浮选法、电解沉淀或电解上浮法、隔膜电解法等；二是将污水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可应用反渗透法、电渗析法、蒸发法、离子交换法等。

而传统的土壤重金属污染治理方法有客土、换土和深耕翻土等工程措施，电动修复、电热修复、土壤淋洗等物理化学修复，以及利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性的生物修复等。但这几种方法都具有较大的弊端，工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理；物理化学修复属于原位修复，不搅动土层，并可以缩短修复时间，但是耗电量大；生物修复的难点在于寻找对某种或某族、某系金属具有吸附作用的耐重金属植物和微生物，调研成本较高，短期内无法得出准确结论。

发明内容

本发明的目的是提供一种变废为宝的生物炭制备方法，以其作为用于吸附环境中重金属污染物的环境修复材料。

本发明技术方案是：将生活污泥风干后研磨，取得粒径为60目的原料，再将原料密封于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，经过300℃～500℃的焙烧后，降至室温后取出坩埚内污泥生物炭。

为了方便研磨，需要降低生活污泥中的含水率，采用自然风干的方法，主要是处于节约能源的目的。

过60目筛主要是使原料装入坩埚中时能够更密实并且使得制备的生物炭的能够具有更大的比表面积。

如原料粒径过大，其比表面积较小，生物炭的吸附能力较低；而如原料粒径过小，制作成本较高，使用、回收也不太方便。故选择60目较为适合。

采用本发明以上方法可获得难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质，经试验证实该物质可作为环境修复材料用于吸附环境中重金属污染物，可高效去除水体和土壤中的重金属（如Pb、Cd）污染物。本发明充分利于污泥为原料制备成生物炭以达到高效吸附环境中重金属污染物的目的，既是对污泥的利用，又可用于水、土环境的修复改良。与已有的技术相比，本发明优点在于材料方便易得，成本低廉，制备流程简单，其处理废水中重金属污染物的效果显著。

本发明还提出以上方法制成的污泥生物炭在对废水中重金属的吸附中的应用。

即，将生物炭投加于废水中，在混合体系的pH为4.5～7.5、温度为25±1℃的条件下，对废水中重金属进行吸附处理20～24小时，分离出沉淀物，取得无重金属的水体。

通过以上处理方式，分别取得上清即无重金属的水体，而富含重金属的生物炭可以有两种处理方式：1.直接作为固废进行处理；2.进行解吸附处理，获得再生的生物炭可继续利用，高浓度重金属废水再进行处理。

该处理方法的特点和优势：将富含有机质的污泥利用起来，变废为宝，节约资源，且操作简单。

进一地，本发明在吸附处理进，以NaNO₃作为背景电解质。

另外，用于投入于吸附混合体系中的所述背景电解质中NaNO₃与废水的混合比为0.01mol：1L。

在吸附时此背景电解质并非必须使用。