本發(fā)明涉及環(huán)境功能材料領(lǐng)域，尤其涉及一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

污泥可以說是一種取之不盡用之不竭的資源，其一般富含磷、鉀、有機質(zhì)等，有很高的價值，若直接填埋或焚燒，比較浪費。通過各種形式將其資源化再利用，使污泥重新參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，不僅成本低，而且可以有效利用污泥中有用的營養(yǎng)物質(zhì)，減少自然資源的損耗，變廢為寶，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。污泥資源化利用應(yīng)兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，將污泥合理資源化利用成為人們研究的熱點之一。

由于將污泥進行土地利用這種方式因投資較少、能耗水平較低、運行費用較少、可起到土壤改良作用等優(yōu)點而被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N污泥處置方式，其前提是污泥中有毒有害物質(zhì)含量不應(yīng)超過環(huán)境所能承受的容量范圍，科學(xué)合理的土地利用，可減少污泥中污染物質(zhì)帶來的負面環(huán)境效應(yīng)。污泥土地利用包括以下三個方面：(1)作為農(nóng)作物、牧草肥料用于農(nóng)用，并進入食物鏈；(2)作為園林綠化肥料；(3)作為沙地、鹽堿地、廢棄礦區(qū)基質(zhì)土壤改良。用于林地和市政綠化時能夠避免污泥中污染物的環(huán)境風(fēng)險進入食物鏈，因而成為污泥土地利用的重要方式。污泥用于土壤改良，能夠在處置污泥的同時實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，因而具有重要的環(huán)境效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑的制備方法。

本發(fā)明的另一個目的是提供由上述制備方法制備得到的污泥生物炭土壤修復(fù)劑。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)取含固率為40～60g/l的剩余污泥，在剩余污泥中加入活化劑，之后進行熱堿預(yù)處理，熱堿預(yù)處理的溫度為20-100℃，熱堿預(yù)處理的時間為1～5h；

(2)加入蒙脫石、氯化鐵和聚丙烯酰胺并攪拌2～10min，其中，所述剩余污泥的固體和蒙脫石重量比為：1：0.2～1：1，氯化鐵的投加量為4～10g/l，聚丙烯酰胺的加入量為0～1％；

(3)將步驟(2)調(diào)理好的污泥導(dǎo)入高壓的壓濾裝置中，壓濾脫水得到泥餅，壓濾脫水時的氣壓強度為20～60psi；

(4)在厭氧環(huán)境中或真空條件下，將泥餅高溫?zé)峤猓邷責(zé)峤獾臏囟葹?00℃～600℃，高溫?zé)峤獾臅r間為1～3h，得到的熱解產(chǎn)物即為污泥生物炭土壤修復(fù)劑。

步驟(1)中所述活化劑為koh溶液。

步驟(1)中所述活化劑為強堿溶液，其濃度為0～1mol/l。

所述污泥生物炭土壤修復(fù)劑由上述方法制備得到。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明所制備的生物炭土壤修復(fù)劑孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達且比表面積高，具有良好的吸附性、保水性和保肥性，是一種良好的土壤修復(fù)劑，非常適用于城市綠化、沙地改良和低濃度重金屬有機物污染土壤修復(fù)。

(2)本發(fā)明原材料價廉易得，將污泥變廢為寶，緩解能源危機，提高污泥的附加值，為污泥資源化利用提供技術(shù)支持。

附圖說明

圖1為活化劑濃度對產(chǎn)物碘值和產(chǎn)物亞甲基藍值的影響。

圖2為活化劑濃度對產(chǎn)物陽離子交換量和本土壤修復(fù)劑產(chǎn)率的影響。

圖3為蒙脫石摻雜比例對產(chǎn)物碘值和產(chǎn)物亞甲基藍值得影響。

圖4為蒙脫石摻雜比例對產(chǎn)物陽離子交換量和本土壤修復(fù)劑產(chǎn)率的影響。

圖5為熱解溫度對產(chǎn)物碘值和產(chǎn)物亞甲基藍值的影響。

圖6為熱解溫度對產(chǎn)物陽離子交換量和本土壤修復(fù)劑產(chǎn)率的影響。

圖7為本土壤修復(fù)劑對不同初始濃度的重金屬cr的吸附作用。

圖8為本土壤修復(fù)劑對不同初始濃度的四環(huán)素和雙酚a的吸附作用。

圖9為本土壤修復(fù)劑的組成成分。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：

一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)取六份100ml的剩余污泥液(其含固率為40g/l)，在每份中分別加入koh，使活化劑的濃度(即koh的濃度)分別為0,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0mol/l,并在60℃條件下進行熱堿預(yù)處理3h；

(2)向上述六份進行熱堿預(yù)處理后的污泥中每份均加入比例為0.3的蒙脫石(即蒙脫石與污泥中的固體比例為0.3)、氯化鐵7g/l以及質(zhì)量比(聚丙烯酰胺/污泥量)為0.1％聚丙烯酰胺，并進行攪拌，攪拌時間為6min；

(3)把調(diào)理好的污泥，倒入氣壓高壓的壓濾裝置中，在氣壓強度為40psi下壓濾脫水得到泥餅；

(4)將泥餅在厭氧或真空的氛圍中高溫?zé)峤猓瑹峤鉁囟葹?00℃，熱解的時間為2h，熱解得到的產(chǎn)物即為不同活化劑濃度制得的污泥生物炭土壤修復(fù)劑。

利用亞甲基藍吸附值、碘值、陽離子交換量以及污泥生物炭土壤修復(fù)劑的產(chǎn)率四項指標來進行評測，其中亞甲基藍吸附值、碘值和陽離子交換量是用來測量生物炭的吸附性、保水性和保肥性的。如圖1所示，產(chǎn)物碘值隨活化劑濃度的逐漸升高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，活化劑濃度為0.2mol/l時碘值最大，達到144mg.g^-1，產(chǎn)物亞甲基藍值隨活化劑濃度增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。

如圖2所示，陽離子交換量隨活化劑濃度的增加先上升后略有下降，活化劑濃度為0.4mol/l處達到最大值，約為185cmol.kg^-1。污泥生物炭土壤修復(fù)劑產(chǎn)率隨著活化劑濃度的增加先逐漸上升后趨于平衡，約為78％。

由圖1與圖2綜合評價可得，活化劑濃度為0.4mol/l時制備的產(chǎn)物性能最佳。

實施例2

一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)取六份100ml的剩余污泥液(其含固率為40g/l)，在每份中分別加入koh，使其活化劑的濃度(即koh的濃度)為0.4mol/l，并在60℃條件下進行熱堿預(yù)處理3h；

(2)將比例(指蒙脫石與污泥中固體的比例)為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6的蒙脫石分別加入上述六份進行熱堿預(yù)處理的污泥，再加入氯化鐵7g/l，加入質(zhì)量比(聚丙烯酰胺/污泥量)為0.1％聚丙烯酰胺，并進行攪拌，攪拌時間為6min；

(3)把調(diào)理好的污泥，倒入氣壓高壓的壓濾裝置中，在氣壓強度為40psi下壓濾脫水得到泥餅；

(4)將泥餅在厭氧或真空的氛圍中高溫?zé)峤?，熱解溫度?00℃，熱解的時間為2h，熱解得到的產(chǎn)物即為不同蒙脫石比例制得的污泥生物炭土壤修復(fù)劑。

利用亞甲基藍吸附值、碘值、陽離子交換量以及污泥生物炭土壤修復(fù)劑的產(chǎn)率四項指標來進行評測，其中亞甲基藍吸附值、碘值和陽離子交換量是用來測量生物炭的吸附性、保水性和保肥性的。如圖3所示，產(chǎn)物碘值隨蒙脫石投加比例的逐漸升高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，投加比例為0.3時碘值最大，達172mg.g^-1。產(chǎn)物亞甲基藍值隨蒙脫石投加比例的逐漸升高也呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，投加比例為0.3時亞甲基藍值最大，達57mg.g^-1。

如圖4所示，陽離子交換量隨著蒙脫石投加比例的增加而先上升后趨于平衡，投加比例為0.3處達到最大值，約為150cmol.kg^-1。污泥生物炭土壤修復(fù)劑產(chǎn)率隨著蒙脫石投加比例的增加而先上升后下降，投加比例為0.3處達到最大值，約為84％。

由圖3與圖4綜合評價可得，蒙脫石比例為0.3時制備的產(chǎn)物性能最佳。

實施例3

一種污泥生物炭土壤修復(fù)劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)取五份100ml的剩余污泥液(其含固率為40g/l)，在每份中分別加入koh，使其活化劑的濃度(即koh的濃度)為0.4mol/l，并在60℃條件下進行熱堿預(yù)處理3h；

(2)向上述五份熱堿預(yù)處理后的污泥中每份均加入比例為0.3的蒙脫石(即蒙脫石與污泥中固體的比例)、氯化鐵7g/l，以及質(zhì)量比(聚丙烯酰胺/污泥量)為0.1％聚丙烯酰胺，并進行攪拌，攪拌時間為6min；

(3)把調(diào)理好的污泥，倒入氣壓高壓的壓濾裝置中，在氣壓強度為40psi下壓濾脫水得到泥餅；

(4)將泥餅在厭氧或真空的氛圍中高溫?zé)峤猓瑹峤鉁囟确謩e為300℃、400℃、500℃、600℃和700℃，熱解的時間為2h，熱解得到的產(chǎn)物即為不同熱解溫度制得的污泥生物炭土壤修復(fù)劑。

利用亞甲基藍吸附值、碘值、陽離子交換量以及污泥生物炭土壤修復(fù)劑的產(chǎn)率四項指標來進行評測，其中亞甲基藍吸附值、碘值和陽離子交換量是用來測量生物炭的吸附性、保水性和保肥性的。如圖5所示，隨溫度的逐漸升高碘值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，400℃處達到最大值236mg.g^-1。產(chǎn)物亞甲基藍值隨煅燒溫度的增加而逐漸下降。

如圖6所示，陽離子交換量隨溫度的增加先上升后減小。污泥生物炭土壤修復(fù)劑產(chǎn)率隨著溫度的增加而逐漸下降。

由圖5與圖6綜合評價可得，熱解溫度為400℃時制備的產(chǎn)物性能最佳。

綜上所述，當活化劑koh的濃度為0.4mol/l、蒙脫石摻雜比例為0.3、熱解溫度為400℃時得到的污泥土壤修復(fù)劑的吸附性、保水性、保肥性以及產(chǎn)率最高。選擇初始濃度c0各為2mg/l、4mg/l、8mg/l重金屬cr、初始濃度c0各為10mg/l、20mg/l和30mg/l的有機污染物四環(huán)素以及初始濃度c0各為5mg/l、10mg/l和20mg/l的雙酚a這三種污染物為代表，研究本修復(fù)劑對三者的吸附作用。

由圖7可知，本修復(fù)劑對重金屬cr具有較好的吸附作用，在cr的初始濃度為2mg.l^-1以及4mg.l^-1時，cr的去除率達20％左右，初始濃度為8mg.l^-1時，去除率也能達到12％左右。

由圖8可知，本吸附劑對四環(huán)素的吸附固定效果突出，在四環(huán)素的初始濃度為10mg.l^-1，去除率達72％左右，在四環(huán)素的初始濃度為30mg.l^-1，去除率也能達到55％左右。修復(fù)劑對雙酚a的吸附效果也比較明顯，在雙酚a的初始濃度5mg.l^-1時，去除率達到35％左右，在雙酚a的初始濃度為20mg.l^-1時，去除率也能達到20％左右。

圖9為本修復(fù)劑的組成成分，由圖可知，本修復(fù)劑不僅能對污染土壤中的重金屬和有機污染物進行吸附固定，而且還具有一定的p、k等營養(yǎng)成分，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的土壤修復(fù)劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明所制備的生物炭土壤修復(fù)劑孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達且比表面積高，具有良好的吸附性、保水性和保肥性，是一種良好的土壤修復(fù)劑，非常適用于城市綠化、沙地改良和低濃度重金屬有機物污染土壤修復(fù)。

(2)本發(fā)明原材料價廉易得，將污泥變廢為寶，緩解能源危機，提高污泥的附加值，為污泥資源化利用提供技術(shù)支持。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。