[发明专利]一种基于磁混凝含藻絮体热裂解制备原位载铁生物炭的方法及其应用

说明书

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于磁混凝含藻絮体热裂解制备原位载铁生物炭的方法及其应用，本发明利用共价键磁性混凝剂处理含藻水，然后将收集的含藻絮体干燥、研磨过筛后，在活化剂中浸渍改性，抽滤烘干至恒重；过筛后将絮体置于管式炉中，在400～800℃下N₂气氛中热裂解含藻絮体，制备原位载铁蓝藻生物炭；将上述制备的生物炭用去离子水清洗，干燥后得到原位载铁蓝藻生物炭，该方法制备的原位载铁蓝藻生物炭不仅具有吸附能力，还具有催化能力，以及磁分离能力，该操作方法制备简单、经济、性能良好，也为含藻污泥的回收利用提出一种新的方法，解决了混凝絮体污泥的二次污染问题，是实现资源循环的重要途径。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于磁混凝含藻絮体热裂解制备原位载铁生物炭的方法及其应用。

背景技术

随着我国农业和工艺的发展，大量的氮、磷和有机物排入到河流和湖泊中，导致水体中的蓝藻过度繁殖产生水华现象。蓝藻水华现象破坏了生态环境平衡，严重影响了饮用水的卫生安全。目前含藻水的处理方法包括：化学法、物理法和生物法，其中化学除藻是最常见的一种除藻法，具有快速、简单、节能和成本低的优势，混凝沉降法是其中一种常见的方法，虽然混凝工艺相比于机械打捞操作简单，但面临一个问题是混凝处理之后产生的絮体污泥，目前絮体污泥处理途径有：陆上埋弃、卫生填埋、土地利用、海洋投弃以及综合利用等，但是污泥回用成本较高，回用所得产品利用率低，阻碍了资源化进程。因此，藻类污泥的资源化处理是环境领域的一大难题。蓝藻污泥的有机物含量十分丰富，其中蓝藻作为一种优良的生物质原料，含有大量的蛋白质、糖类等，同时纤维素、半纤维素含量很高；而污泥富集了污水体中的悬浮杂质、有机物、残留混凝剂等，合理资源化利用藻类污泥是亟待解决的问题。中国发明专利ZL201811373068.9公开了一种制备磁性藻基生物炭的常温预处理-水热炭化方法，将铁盐和碱投加到藻类污泥中，通过水热反应得到磁性藻基生物炭，制备过程无需干化预处理，能高效处理高浓度富藻水和含水率高的藻泥/藻渣，符合低碳理念的藻类资源化利用。但是该方法的藻类污泥来自于给水处理厂沉淀池藻泥、气浮藻渣、人工藻渣、人工打捞或机械除藻，这些方法耗费大量人力物力，消耗高昂电能，同时该方法采用水热炭化法制得生物炭芳香化程度和稳定性远不及高温裂解。

生物炭是在缺氧或者氧气含量极低的情况下，利用生物质在高温热解(通常700℃)产生的一类难溶的、稳定的、高度芳香化、富含碳素的固态物。生物炭表面具有丰富的官能团，可以作为类芬顿催化的载体，甚至是作为直接催化剂，参与双氧水、过硫酸盐、过乙酸等的活化过程，从而产生具有超氧化能力的自由基，能够对水环境中的持久性有机物进行快速有效地降解。中国发明专利ZL201910694622.1公开了一种改性蓝藻生物炭复合材料及在处理电镀废水中的应用，将太湖蓝藻与KOH、ZnCl₂和KHPO₄其中一种混合后热解得到生物炭后再浸泡于含铁溶液中，制备的生物炭具有吸附和催化类芬顿的能力。但是该方法载铁的方式是异位赋铁。

因此，亟需利用蓝藻污泥制备芳香化程度高的材料，并将其开发成为具有催化活性的功能材料，应用于有机废水处理中。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何利用蓝藻污泥制备芳香化程度高的材料，并将其开发成为具有催化活性的功能材料，应用于有机废水处理中的问题，提供了一种基于磁混凝含藻絮体热裂解制备原位载铁生物炭的方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于磁混凝含藻絮体热裂解制备原位载铁生物炭的方法，包括以下步骤：

S1：利用共价键磁性混凝剂处理含藻水，收集含藻絮体并烘干；

S2：将步骤S1中得到的烘干絮体研磨后过筛与活化剂溶液浸渍；

S3：将步骤S2中浸渍后的絮体抽滤烘干后，在惰性气氛下进行热裂解处理；