本發(fā)明涉及污水處理，具體涉及一種污泥生物炭材料的制備方法及其在城市污水處理中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球人口的增長(zhǎng)和工業(yè)活動(dòng)的加速發(fā)展，水資源短缺和水污染問題日益嚴(yán)峻。城市污水作為主要的水污染源之一，其有效處理對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類健康至關(guān)重要。傳統(tǒng)的污水處理方法如活性污泥法雖然廣泛應(yīng)用于污水處理廠，但存在能耗高、占地廣、處理效率有限等缺點(diǎn)。此外，污水處理過程中產(chǎn)生的大量剩余污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素和其他有價(jià)值的物質(zhì)。這些剩余污泥如果直接排放到環(huán)境中，會(huì)造成二次污染。因此，探索一種有效的污泥資源化途徑，不僅有助于減少環(huán)境污染，還能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

2、近年來，生物炭作為一種新型的環(huán)保材料，因其良好的物理化學(xué)性質(zhì)而被廣泛研究。生物炭可以通過熱解生物質(zhì)(如農(nóng)作物殘余物、森林廢棄物、城市有機(jī)垃圾等)來制備。它具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠有效地吸附重金屬、有機(jī)污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽等。此外，生物炭還可以作為土壤改良劑，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。污泥生物炭是通過熱解剩余污泥獲得的一種生物炭產(chǎn)品。與傳統(tǒng)生物炭相比，污泥生物炭通常含有更多的礦物質(zhì)成分，這使得它在某些應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。盡管污泥生物炭材料具有一定的應(yīng)用潛力，但目前仍存在一些關(guān)鍵問題制約著它的廣泛應(yīng)用，例如孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)、吸附性能不佳、穩(wěn)定性差以及制備過程復(fù)雜等問題。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)便、高效的方法來制備高性能的污泥生物炭材料，并將其應(yīng)用于城市污水處理中，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種污泥生物炭材料的制備方法，包括以下步驟：

2、(1)將好氧池排出的污泥與粉煤灰混合后進(jìn)行厭氧炭化處理得到污泥生物炭；

3、(2)利用化學(xué)沉淀法負(fù)載錳元素改性所述污泥生物炭；

4、(3)對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和高鐵酸鉀進(jìn)行二次攪拌處理，然后進(jìn)行熱解；

5、(4)加入氫氧化鋁和碳硼烷進(jìn)行分段熱處理，與氫氧化銅進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，進(jìn)一步改善孔隙結(jié)構(gòu)；

6、(5)通過臭氧活化得到最終的污泥改性生物炭材料。

7、技術(shù)問題

8、本發(fā)明旨在提供一種制備簡(jiǎn)單、成本低廉的污泥生物炭材料的方法，以及該材料在城市污水處理中的應(yīng)用，以提高污水處理效率和降低成本。

9、技術(shù)方案

10、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種污泥生物炭材料的制備方法，包括以下步驟：

11、(1)將好氧池排出的污泥與粉煤灰混合后進(jìn)行厭氧炭化處理得到污泥生物炭；

12、(2)利用化學(xué)沉淀法負(fù)載錳元素改性所述污泥生物炭；

13、(3)對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和高鐵酸鉀進(jìn)行二次攪拌處理，然后進(jìn)行熱解；

14、(4)加入氫氧化鋁和碳硼烷進(jìn)行分段熱處理，與氫氧化銅進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，進(jìn)一步改善孔隙結(jié)構(gòu)；

15、(5)通過臭氧活化得到最終的污泥改性生物炭材料。

16、技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

17、在上述技術(shù)方案中，負(fù)載錳元素改性的污泥生物炭材料具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和高孔隙率，提高了吸附性能特別是對(duì)污水中的cod、tn、tp等污染物具有良好的吸附效果，本發(fā)明提出的制備方法簡(jiǎn)便高效，降低了能耗和成本。

技術(shù)特征：

1.一種污泥生物炭材料的制備方法，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述厭氧炭化處理的溫度范圍為400℃至600℃，持續(xù)時(shí)間為1至3小時(shí)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)沉淀法負(fù)載錳元素的具體過程包括使用硫酸錳溶液和碳酸鈉溶液進(jìn)行沉淀反應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的濃度為0.05％至0.5％，高鐵酸鉀的濃度為0.1％至1.0％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述熱解的溫度為300℃至750℃，時(shí)間為50至70分鐘。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述分段熱處理的溫度依次為300℃至500℃和600℃至750℃，各階段持續(xù)時(shí)間為30至60分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述臭氧活化處理的臭氧濃度為100mg/l至500mg/l，活化時(shí)間為1至2小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的污泥生物炭材料在城市污水處理中的應(yīng)用，其特征在于，所述污泥生物炭材料用于人工濕地裝置中，能夠顯著提高水質(zhì)中cod、tn、tp的去除性能。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種污泥生物炭材料的制備方法及其在城市污水處理中的應(yīng)用。該方法包括：一、將好氧池排出的污泥與粉煤灰混合后進(jìn)行厭氧炭化處理得到污泥生物炭；二、利用化學(xué)沉淀法負(fù)載錳元素改性污泥生物炭；三、對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和高鐵酸鉀進(jìn)行二次攪拌處理，然后進(jìn)行熱解；四、加入氫氧化鋁和碳硼烷進(jìn)行分段熱處理，與氫氧化銅進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚M(jìn)一步改善孔隙結(jié)構(gòu)；五、通過臭氧活化得到最終的污泥改性生物炭材料。本發(fā)明制備的污泥生物炭材料具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和高孔隙率，尤其適用于人工濕地裝置，能夠大幅提升水質(zhì)中COD、TN、TP的去除性能。該材料適用于城市污水處理，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

技術(shù)研發(fā)人員：龔軍銘,蔣凡殊,張亞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：龔軍銘
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26