基于發(fā)酵床墊料的生物炭制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境修復技術領域，特別涉及一種可去除水體、土壤環(huán)境中重金屬污染物的材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)的日益發(fā)展，污水中所含的重金屬量也是與日倶增。而當污水中的重金屬滲透進大地，以及工礦業(yè)固體廢棄物污染等，土壤中的重金屬也已不可忽視。因此，如何將水體、土壤環(huán)境中的重金屬污染物去除，已成為亟待解決的科學問題。
[0003]目前，對污水中重金屬的處理方法通常有兩種，一是使污水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉變成不溶的重金屬化合物或元素，經沉淀和上浮，從廢水中去除，可應用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分離法、離子浮選法、電解沉淀或電解上浮法、隔膜電解法等；二是將污水中的重金屬在不改變其化學形態(tài)的條件下進行濃縮和分離，可應用反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)法、離子交換法等。
[0004]而傳統(tǒng)的土壤重金屬污染治理方法有客土、換土和深耕翻土等工程措施，電動修復、電熱修復、土壤淋洗等物理化學修復，以及利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性的生物修復等。工程措施是比較經典的土壤重金屬污染治理措施，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點，但實施工程量大、投資費用高，破壞土體結構，引起土壤肥力下降，并且還要對換出的污土進行堆放或處理；物理化學修復屬于原位修復，不攪動土層，并可以縮短修復時間，但是耗電量大；生物修復的難點在于尋找對某種或某族、某系金屬具有吸附作用的耐重金屬植物和微生物，調研成本較高，短期內無法得出準確結論。
[0005]生物炭作為一種由有機質熱解而成的物質，富含微孔，如將其應用于土壤重金屬的治理之中，不但可以吸附土壤中的重金屬，還可以補充土壤的有機物含量，同時有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。
[0006]墊料主要由稻殼、鋸末、樹皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸桿等混合而成，是發(fā)酵床的主要組成部分。生物發(fā)酵床養(yǎng)豬法，也稱零排放養(yǎng)豬法、生態(tài)養(yǎng)豬法等，是根據(jù)微生態(tài)理論，利用微生物生長發(fā)酵技術，在專門設計的豬舍內鋪設墊料，通過飼料中添加益生菌和在墊料中接種發(fā)酵有益菌，使得豬生活在一個微生物良性循環(huán)的生態(tài)環(huán)境中。而對于發(fā)酵床產生的廢棄墊料的處理問題，卻并沒有得到很好的解決。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種變廢為寶的生物炭制備方法，以其作為用于吸附環(huán)境中重金屬污染物的環(huán)境修復材料。
[0008]本發(fā)明技術方案是:將發(fā)酵床墊料風干后研磨，取得粒徑為60目的原料，再將原料密封于坩禍中，將坩禍置于馬弗爐中，經過300°C?500°C的焙燒后，降至室溫后取出坩禍內墊料生物炭。
[0009]為了方便研磨，需要降低生活污泥中的含水率，采用自然風干的方法，主要是處于節(jié)約能源的目的。
[0010]過60目篩主要是使原料裝入坩禍中時能夠更密實并且使得制備的生物炭的能夠具有更大的比表面積。
[0011]如原料粒徑過大，其比表面積較小，生物炭的吸附能力較低；而如原料粒徑過小，制作成本較高，使用、回收也不太方便。故選擇60目較為適合。
[0012]采用本發(fā)明以上方法可獲得難溶的、穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物質，經試驗證實該物質可作為環(huán)境修復材料用于吸附環(huán)境中重金屬污染物，可高效去除水體和土壤中的重金屬(如Pb、Cd)污染物。本發(fā)明使墊料這種有機廢棄物能夠得以有效地回收利用，達到了將這些廢棄物料制備成生物炭以達到高效吸附環(huán)境中重金屬污染物的目的，既是對廢棄墊料的處理利用，又可用于水、土環(huán)境的修復改良。
[0013]與已有的技術相比，本發(fā)明優(yōu)點在于材料方便易得，成本低廉，制備流程簡單，其處理廢水中重金屬污染物的效果顯著；同時也為回收利用廢棄墊料這類有機廢棄物提供了一大途徑。
[0014]本發(fā)明還提出以上方法制成的墊料生物炭在對廢水中重金屬的吸附中的應用。
[0015]S卩，將墊料生物炭投加于廢水中，在混合體系的pH為4.5?5.5、溫度為25±1°C的條件下，對廢水中重金屬進行吸附處理20?24小時，分離出沉淀物，取得無重金屬的水體。
[0016]通過以上處理方式，分別取得上清即無重金屬的水體，而富含重金屬的生物炭可以有兩種處理方式:1.直接作為固廢進行處理；2.進行解吸附處理，獲得再生的生物炭可繼續(xù)利用，高濃度重金屬廢水再進行處理。
[0017]該處理方法的特點和優(yōu)勢:將富含有機質的污泥利用起來，變廢為寶，節(jié)約資源，且操作簡單。
[0018]進一地，本發(fā)明在吸附處理進，以NaNO3作為背景電解質。
[0019]另外，用于投入于吸附混合體系中的所述背景電解質中NaNO3與廢水的混合比為
0.01 mol: IL0
[0020]在吸附時此背景電解質并非必須使用。
[0021]在操作過程中之所以使用背景電解質，在研究吸附過程時0.01 mo I/L NaN03經常被作為背景電解質使用，其作用在于:1.不妨礙吸附；2.可抑制水解等其他反應發(fā)生；
3.可維持體系離子強度的穩(wěn)定，避免因離子強度變化對測定的濃度產生影響，可以準確的反映吸附的真實情況。在操作過程中之所以使用背景電解質，也是基于以上考慮，同時為了與其它研究統(tǒng)一條件，方便進行效果的比較。
[0022]另外，所述生物炭與重金屬污染廢水的混合比為lg:4000mL。在綜合考慮了重金屬污染廢水的濃度和實驗室測試條件所得，在該條件下，墊料生物炭對Pb' Cd2+的最大吸附量分別約為128mg/g、21mg/g。
【具體實施方式】
[0023]—、墊料生物炭的制備:
墊料由稻殼、鋸末、樹皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸桿等混合而成的墊料，經在豬舍內使用后，經過風干，然后進行研磨，取過60目篩的粒料，即發(fā)酵床墊料，備用。
[0024]將發(fā)酵床墊料裝入25mL的小坩禍中，壓實，蓋上小坩禍蓋子，再將小坩禍放入50mL的大i甘禍中，再蓋大i甘禍上蓋子。
[0025]將大坩禍放入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率升到300°C后恒溫灼燒6h，冷卻至室溫后取出，即得300°C的墊料生物炭(D300)。
[0026]根據(jù)以上步驟，分別以400°C、500°C的恒溫灼燒，分別制得400°C、500°C的墊料生物炭(D400 和 D500)。
[0027]實驗制得的生物炭產率分別為:墊料生物炭(D300)的產率為70% ;墊料生物炭(D400)的產率為67% ;墊料生物炭(D500)的產率為63%。
[0028]二、墊料生物炭在對含Pb2+和Cd 2+的重金屬污染廢水進行吸附的試驗:
1、分別稱取0.0lg墊料生物炭，分置于七只50ml塑料離心管中，再分別向各只離心管加入不同濃度的(5，10，20，30，40，60，80 mg/L) Pb2+溶液40ml混合均勻。所有Pb 2+溶液均以含0.01 mo I/L的NaNO3作為背景電解質，同時用0.lmo