污泥基生物質(zhì)炭在水處理中的應(yīng)用

　　污泥在城市污水處理中常出現(xiàn)，隨著我國(guó)的工業(yè)化的發(fā)展，導(dǎo)致大量的污泥日益增加。污泥中包含著很多有毒物質(zhì)，如重金屬、鹽類、有機(jī)污染物、病原菌等，長(zhǎng)期暴露于環(huán)境中將會(huì)嚴(yán)重影響人類的健康破壞生態(tài)環(huán)境，因此對(duì)市政污泥進(jìn)行有效處理是如今環(huán)境發(fā)展過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題之一。在污水處理中，吸附法成本低廉、操作簡(jiǎn)便、去除污染物能力較強(qiáng)，生物質(zhì)炭作為常見的優(yōu)良吸附劑被廣泛用于水污染處理當(dāng)中。通過(guò)市政污泥熱解制備得到的污泥基生物質(zhì)炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積以及豐富的表面官能團(tuán)，對(duì)于污廢水中抗生素、重金屬離子、有機(jī)污染物、染料等有著很好的去除效果。

　　一、污泥基生物質(zhì)炭在水污染中的應(yīng)用

　　1.1 吸附去除重金屬離子

　　重金屬污染是指由重金屬或其化合物的造成的環(huán)境污染，主要來(lái)源于工業(yè)污染、生活垃圾等方面，長(zhǎng)時(shí)間存在于生態(tài)環(huán)境中，并隨生物鏈不斷累計(jì)最終將會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。郭家俊等用KOH活化制備污泥基生物質(zhì)炭，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，活化劑的濃度選取15%時(shí)吸附效果最佳，當(dāng)污泥質(zhì)量與KOH溶液比為1:1時(shí)，吸附率達(dá)到99.87%。當(dāng)活化劑的濃度選擇合理時(shí)，由于脫水作用使得污泥基生物質(zhì)炭產(chǎn)生較多的孔隙，增加其吸附金屬的能力，而當(dāng)活化劑過(guò)少或過(guò)多時(shí)，會(huì)因?yàn)榭障恫粔蚝彤a(chǎn)生更大的孔隙導(dǎo)致吸附效果下降。KOH浸漬時(shí)間為4h、炭化溫度為750℃、炭化時(shí)間為40min為最佳制備條件。Duan等利用含鐵污泥和棉花秸稈制備涂覆的棉稈生物質(zhì)炭，用于去除Cr(VI)。經(jīng)過(guò)分析表明該吸附劑的表面積達(dá)到129.2m2/g，孔隙體積為0.1711cm3/g，對(duì)Cr(VI)有著較強(qiáng)的吸附能力。并且利用磁鐵可以很容易從溶液中分離出鐵碳化合物從而達(dá)到回收再利用的效果，水處理廠產(chǎn)生的鐵渣可以直接回收制得吸附劑，為鐵資源利用提供一個(gè)較好的研究方向。Zhang等研究借助鹽酸或氫氟酸預(yù)處理后可增強(qiáng)醋酸鉀的活化作用，兩種物質(zhì)對(duì)于污泥基生物質(zhì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)得到很好的改善，利用發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)金屬鉛進(jìn)行吸附，相比較于未經(jīng)處理的生物質(zhì)炭來(lái)說(shuō)，吸附能力有著較強(qiáng)的提升。

　　1.2 吸附去除染料

　　隨著紡織業(yè)、皮革、食品行業(yè)的迅速發(fā)展，大量染料廢水排出，其中偶氮染料具有毒性、難降解等特點(diǎn)嚴(yán)重危害人體健康，造成環(huán)境污染。亞甲基藍(lán)作為一種常見的陽(yáng)離子染料，具有芳香型結(jié)構(gòu)。NaOH活化制備的污泥基生物質(zhì)炭對(duì)亞甲基藍(lán)最大吸附量為518mg/g，潘子倩等用乙醇和水以體積比1:1制得的混合劑將污泥液化得到的污泥基生物質(zhì)炭作為研究對(duì)象，該吸附劑平均孔徑大小為18.4nm，屬于中孔類型，對(duì)于吸附亞甲基藍(lán)具有很好的結(jié)構(gòu)條件，并且研究發(fā)現(xiàn)液化污泥基生物質(zhì)炭吸附亞甲基藍(lán)的機(jī)理包括π-π吸附、物理吸附、靜電吸附和含氧官能團(tuán)的參與等，同時(shí)具有良好的重復(fù)可利用性。張倩將鐵負(fù)載至污泥基生物質(zhì)炭上，制備出一種可以持久活化過(guò)硫酸鹽的非均相催化劑，用來(lái)降解酸性橙G。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載鐵物質(zhì)后，污泥基生物質(zhì)炭有效提高了過(guò)硫酸鹽的活化效率，并確定了最佳鐵負(fù)載量為1mmol/g。吸附劑的投加量和過(guò)硫酸鹽的濃度與降解酸性橙的效率成正比關(guān)系，而pH值對(duì)降解率影響不大。

　　1.3 吸附去除抗生素

　　Liu和Zhou等采用殼聚糖和Fe/S對(duì)污泥基生物質(zhì)炭進(jìn)行改性，研究了改性前后的污泥基生物質(zhì)炭的異同。對(duì)材料采用XRD、FTIR、BET、XPS、吸附-脫附曲線表征手段，對(duì)動(dòng)力學(xué)、等溫線和熱力學(xué)進(jìn)行討論，并將位點(diǎn)能量分布理論運(yùn)用其中。研究發(fā)現(xiàn)，利用朗繆爾模型在2980K的溫度下，BCFe/S-4的最大吸附量達(dá)到183.01mg/g，相比較單純的生物質(zhì)炭來(lái)說(shuō)有著很好的吸附能力。溶液的pH值對(duì)污泥基生物質(zhì)炭有著一定的影響，pH對(duì)污泥基生物質(zhì)炭吸附四環(huán)素的影響主要在于pH影響著污泥基生物質(zhì)炭表面帶電的情況，而四環(huán)素也會(huì)由于溶液的pH值的變化而轉(zhuǎn)化自身在溶液中的存在形式，從而產(chǎn)生不同的吸附情況。位點(diǎn)能量分布理論探究出了在較高的溫度下，污泥基生物質(zhì)談的表面更加的均勻，而BCFe/S-4恰恰相反。Nielsen和Bandosz[9]在650℃和950℃下，將污泥和魚糞的混合物進(jìn)行熱解制備吸附劑，用于吸附磺胺甲惡唑(SMX)和甲氧芐氨嘧啶(TMP)，對(duì)其吸附劑進(jìn)行TA-MS、XRD和電位滴定法表征和表面分析，發(fā)現(xiàn)良好的表面化學(xué)特性是影響吸附性能的主要因素，其主要的吸附機(jī)理為螯合作用、酸堿作用和極性相互作用。

　　1.4 吸附去除氨氮、磷酸鹽和有機(jī)物

　　Zhang和Wang利用污水污泥和啤酒麥糟的混合物為原料，在400～700℃高溫?zé)峤庵频蒙镔|(zhì)炭，研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的產(chǎn)量與啤酒麥糟的含量成正比，與溫度成反比。和其他生物質(zhì)炭吸附氨氮相比，有著很好的吸附效果，吸附效率達(dá)到60%。Yang等在研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eCl3浸漬比Fe3+/Fe2+共沉淀法方法制得的污泥基生物質(zhì)炭的吸附能力強(qiáng)，對(duì)磷酸鹽的吸附量達(dá)到111.0mg/g，對(duì)于低濃度的磷酸鹽來(lái)說(shuō)具有很好的應(yīng)用效果，在對(duì)活化污泥基生物質(zhì)炭的5次回收后，吸附劑依然保持較高的吸附能力，F(xiàn)eCl3改性的污泥基生物質(zhì)炭是一種很有研究前景的除磷酸鹽的吸附劑。Devi和Saroha用造紙廠污泥熱分解制得的生物質(zhì)炭去除多環(huán)芳烴，研究該吸附劑在200～700℃范圍內(nèi)溫度對(duì)多環(huán)芳烴吸附行為的影響，發(fā)現(xiàn)炭化程度決定吸附行為，吸容量與吸附劑的芳香度和極性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與吸附劑的比表面積、孔隙體積、灰分含量呈正相關(guān)關(guān)系。

　　二、結(jié)語(yǔ)

　　污泥基生物質(zhì)炭的原材料產(chǎn)生量巨大，取材方便，材料制備成本低，在高溫反應(yīng)下其多孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)廢水中諸多的污染物都具有良好的吸附作用。在高溫、缺氧或無(wú)氧的情況下可有效避免二?英等有毒性的物質(zhì)的產(chǎn)生，并且能夠滅殺大量病原微生物，固化重金屬，相比較焚燒、土地利用來(lái)說(shuō)，大大減少對(duì)環(huán)境的危害。在重復(fù)利用性上，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明多數(shù)污泥基生物質(zhì)炭都具有很好的循環(huán)利用性，可操作性很強(qiáng)。污泥基生物質(zhì)炭在未來(lái)的應(yīng)用上將更加注重發(fā)展多功能環(huán)境材料，以滿足適應(yīng)各種水污染情況。(來(lái)源：西北民族大學(xué)化工學(xué)院)