污泥基生物炭在水处理中的应用
摘要：随着污水处理厂的规模逐渐扩大，出水要求更加严格，导致剩余污泥的
排放量越来越大。
污泥中包含着很多有毒物质，如重金属、盐类、有机污染物、
病原菌等，长期暴露于环境中将会严重影响人类的健康，破坏生态环境，造成二
次污染。
因此对市政污泥进行减量化、稳定化、无害化、资源化利用是如今环境
发展过程中亟待解决的问题之一。
在污水处理中，吸附法成本低廉、操作简便、
去除污染物能力较强，污泥基生物炭作为常见的优良吸附剂被广泛用于水污染处
理当中。
关键词：污泥；生物炭；水处理；应用
1生物炭简介
生物炭(biochar)指在低氧或缺氧条件下将木材、农作物秸秆、污泥或动物粪便等生物质
经过高温裂解形成的稳定且富含碳元素的物质。
生物炭的基本组成元素是碳、氢、氧等,但其
主要成分是碳(约70%-80%)。
自然界中的生物质多种多样,所以不同生物质制成的生物炭在结构、孔隙结构、比表面积等方面上具有很大差异。
但它作为一种功能多样的生物炭材料,在环
境学、材料学及农业等方面都展现出了极大的应用潜力,目前已经引起了各行各业的广泛关注。
2污泥基生物炭的制备方法
生物炭的制备原料非常多，如花生壳、玉米芯、玉米秸秆、甜菜根、稻谷壳和果皮等，
都可被用于制备生物炭。
生物炭制备通常使用的方法为高温裂解法和水热碳化法。
其中，高
温裂解法即将生物质原料置于缺氧或氧含量极低的环境下，对其有控制地进行高温分解制备
得到生物炭的方法，其又可分为慢速热解、中速热解和快速热解;水热碳化法是一种将生物质
置于一定温度的水中，并在一定压力的条件下得到生物炭的一种制备方法。
此外，由于因为
材料、热解方式、温度等的不同，不同方法得到的生物炭性质存在差异。
污泥基生物炭的制备，实现消耗处理市政污泥减少环境污染，将污泥进行废物利用。
3污泥基生物炭在水污染中的应用
3.1吸附去除重金属离子
重金属污染是指由重金属或其化合物的造成的环境污染，主要来源于工业污染、生活垃
圾等方面，长时间存在于生态环境中，并随生物链不断累计最终将会严重危害人体健康。
用KOH活化制备污泥基生物炭，经过研究发现，活化剂的浓度选取15%时吸附效果最佳，当污
泥质量与KOH溶液比为1:1时，吸附率达到99.87%。
当活化剂的浓度选择合理时，由于脱水作用使得污泥基生物炭产生较多的孔隙，增加其吸附金属的能力，而当活化剂过少或过多时，会因为空隙不够和产生更大的孔隙导致吸附效果下降。
KOH浸渍时间为4h、炭化温度为750℃、炭化时间为40min为最佳制备条件。
利用含铁污泥和棉花秸秆制备涂覆的棉秆生物
质炭，用于去除Cr(VI)。
经过分析表明该吸附剂的表面积达到129.2m2/g，孔隙体积为
0.1711cm3/g，对Cr(VI)有着较强的吸附能力。
并且利用磁铁可以很容易从溶液中分离出铁碳
化合物从而达到回收再利用的效果，水处理厂产生的铁渣可以直接回收制得吸附剂，为铁资
源利用提供一个较好的研究方向。
3.2吸附去除染料
随着纺织业、皮革、食品行业的迅速发展，大量染料废水排出，其中偶氮染料具有毒性、难降解等特点严重危害人体健康，造成环境污染。
亚甲基蓝作为一种常见的阳离子染料，具
有芳香型结构。
NaOH活化制备的污泥基生物质炭对亚甲基蓝最大吸附量为518mg/g，用乙
醇和水以体积比1:1制得的混合剂将污泥液化得到的污泥基生物炭作为研究对象，该吸附剂
平均孔径大小为18.4nm，属于中孔类型，对于吸附甲基蓝具有很好的结构条件，并且研究发现液化污泥基生物质炭吸附亚甲基蓝的机理包括π-π吸附、物理吸附、静电吸附和含氧官能
团的参与等，同时具有良好的重复可利用性。
将铁负载至污泥基生物炭上，制备出一种可以
持久活化过硫酸盐的非均相催化剂，用来降解酸性橙G。
通过研究发现，负载铁物质后，污
泥基生物炭有效提高了过硫酸盐的活化效率，并确定了最佳铁负载量为1mmol/g。
吸附剂的
投加量和过硫酸盐的浓度与降解酸性橙的效率成正比关系，而pH值对降解率影响不大。
3.3吸附去除抗生素
采用壳聚糖和Fe/S对污泥基生物炭进行改性，研究了改性前后的污泥基生物炭的异同。
对材料采用XRD、FTIR、BET、XPS、吸附-脱附曲线表征手段，对动力学、等温线和热力学进
行讨论，并将位点能量分布理论运用其中。
研究发现，利用朗缪尔模型在2980K的温度下，BCFe/S-4的最大吸附量达到183.01mg/g，相比较单纯的生物质炭来说有着很好的吸附能力。
溶液的pH值对污泥基生物炭有着一定的影响，pH对污泥基生物炭吸附四环素的影响主要在
于pH影响着污泥基生物炭表面带电的情况，而四环素也会由于溶液的pH值的变化而转化自
身在溶液中的存在形式，从而产生不同的吸附情况。
位点能量分布理论探究出了在较高的温
度下，污泥基生物炭的表面更加的均匀，而BCFe/S-4恰恰相反。
在650℃和950℃下，将污
泥和鱼粪的混合物进行热解制备吸附剂，用于吸附磺胺甲恶唑(SMX)和甲氧苄氨嘧啶(TMP)，
对其吸附剂进行TA-MS、XRD和电位滴定法表征和表面分析，发现良好的表面化学特性是影
响吸附性能的主要因素，其主要的吸附机理为螯合作用、酸碱作用和极性相互作用。
4结论
近年来,污泥基生物炭研究主要集中在实验室模拟污水,在实际污染水体中的应用研究还
较缺乏,实际污染水体中通常含有多种污染物,协同去除或选择性去除某些污染物,并对吸附后
的污染物进行回收利用具有重要意义。
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