本發(fā)明屬于生物質(zhì)加工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

市政污泥是城市污水廠凈化污水過程物質(zhì)轉(zhuǎn)移所形成的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物，是污水處理的必然產(chǎn)物。截至2014年，全國日處理污水量1.53億m³/d，日產(chǎn)生含水率80％的污泥超過3000萬噸，這一數(shù)字還在繼續(xù)增長。砷是對人體及其他生物體有毒害作用的致癌物質(zhì)。礦山開采，含砷工業(yè)三廢的排放等都會引起砷污染。環(huán)境中的砷可通過食物鏈、飲用水或直接接觸進入人體并對人體的健康造成危害。

污水廠運行過程中為了使出水總磷達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)需輔以化學(xué)除磷，采用的除磷劑主要是鐵鹽，產(chǎn)生的磷酸亞鐵以剩余污泥的形式排出，因此市政污泥中含有大量的鐵源，如北京地區(qū)市政污泥中鐵含量可達22.4-27.7g/kg。污泥中的鐵源以磷酸亞鐵的形式存在，無法對砷形成吸附作用。嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌可以將污泥中的磷酸亞鐵轉(zhuǎn)化為羥基硫酸鐵，進行施氏礦物的合成，反應(yīng)式如下：

形成的施氏礦物對砷有高效的專性吸附功能，吸附機理為As(Ⅲ)與礦物表面金屬羥基的表面絡(luò)合、與礦物表面及隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)SO₄^2-的配位體交換作用。

嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌利用污泥中的內(nèi)源鐵形成羥基硫酸鐵污泥。羥基硫酸鐵污泥含有大量的施氏礦物，可作為除砷吸附劑，實現(xiàn)了污泥的資源化。污泥高溫炭化處理過程可消除污泥中有害病原菌和寄生蟲卵，實現(xiàn)了污泥的減量化和無害化。同時，污泥熱解過程隨著揮發(fā)分的析出，污泥熱解焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)達。污泥基生物炭的豐富孔隙、較大比表面積及存在有機基團使其吸附能力遠超于污泥。本發(fā)明制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭不但對砷有高效的專性吸附作用，而且實現(xiàn)了污泥的資源化利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題和技術(shù)分析，提供一種羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備方法及應(yīng)用，該方法利用污泥內(nèi)源鐵生成羥基硫酸鐵，無需外加鐵源，節(jié)約了成本；制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭對砷有高效的專性吸附作用，不但實現(xiàn)了污泥的資源化利用，而且提供了一種新的砷吸附劑。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備方法，包括以下步驟:

1.向獨立格空氣提升推流式反應(yīng)器中曝氣運行的含水率為2-3wt％的市政污泥中投加濃度為9.2mol/L的硫酸以調(diào)節(jié)pH為4，反應(yīng)24-48h，使污泥中內(nèi)源鐵析出并析出率為50-80％；

2.向上述污泥中接入嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌，接種量為10wt％，接種后污泥進行連續(xù)曝氣，在反應(yīng)器中停留48-60h，反應(yīng)至污泥溶液中Fe²⁺的氧化率大于等于95％，得到羥基硫酸鐵污泥；

3.將上述羥基硫酸鐵污泥進行壓濾脫水，脫水后污泥含水率為55-65％，脫水后的污泥在105℃干燥8h；

4.將上述干燥后的污泥研磨過2mm篩，將過篩的污泥在N₂保護下熱解1h，N₂速率為50mL/min,熱解溫度為600-700℃,熱解完成后，降至室溫，制得羥基硫酸鐵污泥基生物炭。

一種所制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭的應(yīng)用，作為砷吸附劑用于高效吸附砷。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

該方法利用污泥內(nèi)源鐵生成羥基硫酸鐵，無需外加鐵源，節(jié)約了成本；制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭可高效的專性吸附砷，不但實現(xiàn)了污泥的資源化利用，而且提供了一種新的砷吸附劑；污泥炭化處理過程可消除污泥中有害病原菌和寄生蟲卵，實現(xiàn)了污泥的減量化和無害化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭的實物圖。

圖2為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭對1mg/L砷溶液的吸附效果圖。

圖3為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭對4.5mg/L砷溶液的吸附效果圖。

具體實施方式

以下通過實施案例對本發(fā)明作進一步說明，而非限制本發(fā)明。

實施例1：

一種羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備方法，包括以下步驟:

1.向獨立格空氣提升推流式反應(yīng)器中曝氣運行的含水率為2wt％的市政污泥中投加濃度為9.2mol/L的硫酸以調(diào)節(jié)pH為4，反應(yīng)24h，使污泥中內(nèi)源鐵析出并析出率為50％；

2.向上述污泥中接入嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌，接種量為10wt％，接種后污泥進行連續(xù)曝氣，在反應(yīng)器中停留48h，反應(yīng)至污泥溶液中Fe²⁺的氧化率大于95％，得到羥基硫酸鐵污泥；

3.將上述羥基硫酸鐵污泥進行壓濾脫水，脫水后污泥含水率為55-65％，脫水后的污泥在105℃干燥8h；

4.將上述干燥后的污泥研磨過2mm篩，將過篩的污泥在N₂保護下熱解1h，N₂速率為50mL/min,熱解溫度為600-700℃,熱解完成后，降至室溫，制得羥基硫酸鐵污泥基生物炭。

圖1為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭的實物圖。

將所制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭作為砷吸附劑用于高效吸附砷，檢測方法如下：

量取As(Ⅲ)含量為1mg/L的砷溶液100mL置于250mL錐形瓶中，加入0.3g基硫酸鐵污泥基生物炭使吸附劑的投加量為3g/L。將錐形瓶放置在搖床中25℃、180rpm震蕩24小時，之后靜置并檢測溶液中砷的濃度。

圖2為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭對1mg/L砷溶液的吸附效果圖。檢測結(jié)果表明：溶液中的砷在第10天左右已基本降為0，繼續(xù)監(jiān)測至第70天被吸附的砷并無解析現(xiàn)象。

實施例2：

一種羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備方法，包括以下步驟:

1.向獨立格空氣提升推流式反應(yīng)器中曝氣運行的含水率為3wt％的市政污泥中投加濃度為9.2mol/L的硫酸以調(diào)節(jié)pH為4，反應(yīng)48h，使污泥中內(nèi)源鐵析出并析出率為80％；

2.向上述污泥中接入嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌，接種量為10wt％，接種后污泥進行連續(xù)曝氣，在反應(yīng)器中停留48h，反應(yīng)至污泥溶液中Fe²⁺的氧化率大于95％，得到羥基硫酸鐵污泥；

3.將上述羥基硫酸鐵污泥進行壓濾脫水，脫水后污泥含水率為65％，脫水后的污泥在105℃干燥8h；

4.將上述干燥后的污泥研磨過2mm篩，將過篩的污泥在N₂保護下熱解1h，N₂速率為50mL/min,熱解溫度為700℃,熱解完成后，降至室溫，制得羥基硫酸鐵污泥基生物炭。

將所制備的羥基硫酸鐵污泥基生物炭作為砷吸附劑用于高效吸附砷，檢測方法如下：

量取As(Ⅲ)含量為4.5mg/L的砷溶液100ml置于250ml錐形瓶中，加入0.5g基硫酸鐵污泥基生物炭使吸附劑的投加量為5g/L。將錐形瓶放置在搖床中25℃、180rpm震蕩24小時，之后靜置并監(jiān)測溶液中砷的濃度。

圖3為本發(fā)明羥基硫酸鐵污泥基生物炭對4.5mg/L砷溶液的吸附效果圖。檢測結(jié)果表明：溶液中的砷在第10天左右仍保持在2.3mg/L的水平，但第35天降至0.19mg/L，繼續(xù)監(jiān)測至第60天溶液中的只有0.004mg/L，被吸附的砷并無解析現(xiàn)象。