基于发酵床垫料的生物炭制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于环境修复技术领域，特别涉及一种可去除水体、土壤环境中重金属污染物的材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的日益发展，污水中所含的重金属量也是与日倶增。而当污水中的重金属渗透进大地，以及工矿业固体废弃物污染等，土壤中的重金属也已不可忽视。因此，如何将水体、土壤环境中的重金属污染物去除，已成为亟待解决的科学问题。
[0003]目前，对污水中重金属的处理方法通常有两种，一是使污水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的重金属化合物或元素，经沉淀和上浮，从废水中去除，可应用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、离子浮选法、电解沉淀或电解上浮法、隔膜电解法等；二是将污水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可应用反渗透法、电渗析法、蒸发法、离子交换法等。
[0004]而传统的土壤重金属污染治理方法有客土、换土和深耕翻土等工程措施，电动修复、电热修复、土壤淋洗等物理化学修复，以及利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性的生物修复等。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理；物理化学修复属于原位修复，不搅动土层，并可以缩短修复时间，但是耗电量大；生物修复的难点在于寻找对某种或某族、某系金属具有吸附作用的耐重金属植物和微生物，调研成本较高，短期内无法得出准确结论。
[0005]生物炭作为一种由有机质热解而成的物质，富含微孔，如将其应用于土壤重金属的治理之中，不但可以吸附土壤中的重金属，还可以补充土壤的有机物含量，同时有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。
[0006]垫料主要由稻壳、锯末、树皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸杆等混合而成，是发酵床的主要组成部分。生物发酵床养猪法，也称零排放养猪法、生态养猪法等，是根据微生态理论，利用微生物生长发酵技术，在专门设计的猪舍内铺设垫料，通过饲料中添加益生菌和在垫料中接种发酵有益菌，使得猪生活在一个微生物良性循环的生态环境中。而对于发酵床产生的废弃垫料的处理问题，却并没有得到很好的解决。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种变废为宝的生物炭制备方法，以其作为用于吸附环境中重金属污染物的环境修复材料。
[0008]本发明技术方案是:将发酵床垫料风干后研磨，取得粒径为60目的原料，再将原料密封于坩祸中，将坩祸置于马弗炉中，经过300°C?500°C的焙烧后，降至室温后取出坩祸内垫料生物炭。
[0009]为了方便研磨，需要降低生活污泥中的含水率，采用自然风干的方法，主要是处于节约能源的目的。
[0010]过60目筛主要是使原料装入坩祸中时能够更密实并且使得制备的生物炭的能够具有更大的比表面积。
[0011]如原料粒径过大，其比表面积较小，生物炭的吸附能力较低；而如原料粒径过小，制作成本较高，使用、回收也不太方便。故选择60目较为适合。
[0012]采用本发明以上方法可获得难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质，经试验证实该物质可作为环境修复材料用于吸附环境中重金属污染物，可高效去除水体和土壤中的重金属(如Pb、Cd)污染物。本发明使垫料这种有机废弃物能够得以有效地回收利用，达到了将这些废弃物料制备成生物炭以达到高效吸附环境中重金属污染物的目的，既是对废弃垫料的处理利用，又可用于水、土环境的修复改良。
[0013]与已有的技术相比，本发明优点在于材料方便易得，成本低廉，制备流程简单，其处理废水中重金属污染物的效果显著；同时也为回收利用废弃垫料这类有机废弃物提供了一大途径。
[0014]本发明还提出以上方法制成的垫料生物炭在对废水中重金属的吸附中的应用。
[0015]S卩，将垫料生物炭投加于废水中，在混合体系的pH为4.5?5.5、温度为25±1°C的条件下，对废水中重金属进行吸附处理20?24小时，分离出沉淀物，取得无重金属的水体。
[0016]通过以上处理方式，分别取得上清即无重金属的水体，而富含重金属的生物炭可以有两种处理方式:1.直接作为固废进行处理；2.进行解吸附处理，获得再生的生物炭可继续利用，高浓度重金属废水再进行处理。
[0017]该处理方法的特点和优势:将富含有机质的污泥利用起来，变废为宝，节约资源，且操作简单。
[0018]进一地，本发明在吸附处理进，以NaNO3作为背景电解质。
[0019]另外，用于投入于吸附混合体系中的所述背景电解质中NaNO3与废水的混合比为
0.01 mol: IL0
[0020]在吸附时此背景电解质并非必须使用。
[0021]在操作过程中之所以使用背景电解质，在研究吸附过程时0.01 mo I/L NaN03经常被作为背景电解质使用，其作用在于:1.不妨碍吸附；2.可抑制水解等其他反应发生；
3.可维持体系离子强度的稳定，避免因离子强度变化对测定的浓度产生影响，可以准确的反映吸附的真实情况。在操作过程中之所以使用背景电解质，也是基于以上考虑，同时为了与其它研究统一条件，方便进行效果的比较。
[0022]另外，所述生物炭与重金属污染废水的混合比为lg:4000mL。在综合考虑了重金属污染废水的浓度和实验室测试条件所得，在该条件下，垫料生物炭对Pb' Cd2+的最大吸附量分别约为128mg/g、21mg/g。
【具体实施方式】
[0023]—、垫料生物炭的制备:
垫料由稻壳、锯末、树皮木肩碎片、酒糟、粉碎秸杆等混合而成的垫料，经在猪舍内使用后，经过风干，然后进行研磨，取过60目筛的粒料，即发酵床垫料，备用。
[0024]将发酵床垫料装入25mL的小坩祸中，压实，盖上小坩祸盖子，再将小坩祸放入50mL的大i甘祸中，再盖大i甘祸上盖子。
[0025]将大坩祸放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率升到300°C后恒温灼烧6h，冷却至室温后取出，即得300°C的垫料生物炭(D300)。
[0026]根据以上步骤，分别以400°C、500°C的恒温灼烧，分别制得400°C、500°C的垫料生物炭(D400 和 D500)。
[0027]实验制得的生物炭产率分别为:垫料生物炭(D300)的产率为70% ;垫料生物炭(D400)的产率为67% ;垫料生物炭(D500)的产率为63%。
[0028]二、垫料生物炭在对含Pb2+和Cd 2+的重金属污染废水进行吸附的试验:
1、分别称取0.0lg垫料生物炭，分置于七只50ml塑料离心管中，再分别向各只离心管加入不同浓度的(5，10，20，30，40，60，80 mg/L) Pb2+溶液40ml混合均匀。所有Pb 2+溶液均以含0.01 mo I/L的NaNO3作为背景电解质，同时用0.lmo