资源化利用沼渣的方法

本发明属于有机固废资源化利用，具体涉及一种资源化利用沼渣的方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快与人们生活水平的不断提高，厨余垃圾产量日趋增长。通过厌氧发酵技术能够实现厨余垃圾的无害化、减量化及资源化，符合节能减排、清洁生产及循环经济等理念。但厨余垃圾厌氧发酵后会产生沼渣，其主要成分是有机质和腐殖酸，且富含氮、磷、硫及微量元素。沼渣不合理、不规范的处理处置，将会限制厨余垃圾厌氧发酵的工程化、规模化和产业化发展，同时给生态环境、人类健康带来不可忽视的威胁。同时，由于沼渣中含有丰富的物质，其资源化利用不止实现了能源的回收，也产生了巨大的经济价值。生物质炭化技术是近年来新兴的一种有机固废资源化利用的热处理技术，通过无氧条件下将厨余垃圾厌氧发酵产生的沼渣热解转化为生物炭材料，可以起到土壤修复、增肥、去除污染物和减少温室气体排放等功能。

2、目前城市污水处理工艺虽然可以有效去除大部分有机污染和氮、磷等营养元素，但对一些难降解有机污染物如抗生素、阻燃剂、有机染料等的处理效果仍不理想。与传统的水处理技术相比，高级氧化技术产生的具有强氧化性的活性物质可以将绝大多数污染物氧化降解甚至完全矿化。基于过硫酸盐的高级氧化法拥有更强的氧化能力、更宽的氧化还原电位(2.5～3.1v)、更广的ph值适应范围(4～9)和更长的半衰期(30～40μs)，而且过硫酸盐易于储存、操作简单、安全性高且成本低廉，在处理有机污染物废水方面具有广阔的应用前景。

3、通过碳基材料可以有效实现或硫酸盐的活化，如碳纳米管、氧化石墨烯和金属元素掺杂碳基催化剂等，但其制备过程复杂、成本较高且存在金属离子浸出等二次污染问题，难以实现工业应用。作为一种环境友好、成本低廉的生物炭材料，沼渣生物炭在活化过硫酸盐降解有机污染物方面存在较大潜能。但原始的沼渣生物炭活化过硫酸盐主要以产生强氧化性的自由基攻击有机污染物的化学键实现降解为主，存在易受卤素离子、含氧阴离子以及天然有机质的干扰等技术问题，在实际应用中受到较大限制。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种资源化利用沼渣的新方法，用于强化沼渣制备的生物炭活化过硫酸盐降解水体中有机污染物，同时实现沼渣和磺胺类抗生素废水的资源化利用，并且有效降解水体中的有机污染物。

2、为了实现上述目的，本发明第一个目的是提供一种资源化利用沼渣的方法，所述方法包括以下步骤：

3、(1)将厨余垃圾厌氧发酵产生的沼渣干燥、研磨和过筛；

4、(2)将步骤(1)得到的沼渣粉末在氮气氛围下热解，冷却后清洗、干燥；

5、(3)将步骤(2)得到的热解产物投加至含磺胺类抗生素的水中至吸附平衡，过滤、干燥后高温煅烧，冷却后将得到的改性沼渣生物炭研磨、清洗、干燥即可。

6、在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(1)中，沼渣的干燥温度为60～105℃，干燥时间为8～10h，研磨后通过60～100目筛。

7、在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(2)中，管式炉中沼渣的热解温度为500～700℃，可以是500、600或700℃，优选为600～700℃，热解时间为1～2h，升温速率为5～10℃/min，整个过程在惰性气氛下进行，优选在氮气气氛下进行。

8、在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(3)中，水中磺胺类抗生素的浓度为1～20mg/l，溶液ph值为2～10，吸附时间为1～2h。

9、在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(3)中，饱和吸附磺胺类抗生素的生物炭热解温度为500～700℃，可以是500、600或700℃，优选为600～700℃，热解时间为1～2h，升温速率为5～10℃/min，整个过程在惰性气氛下进行，优选在氮气气氛下进行。

10、本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的改性沼渣生物炭。

11、本发明的第三个目的是提供一种去除有机污染物的方法，所述方法将上述改性沼渣生物炭和过硫酸盐投加至含有机污染物的水体中，通过沼渣生物炭活化过硫酸盐降解水体中的有机污染物。

12、在本发明的一种实施方式中，所述方法在常温常压下进行反应。

13、在本发明的一种实施方式中，有机污染物浓度为1～20mg/l的有机污染物，投加的改性沼渣生物炭为0.25～1g/l生物炭，过硫酸盐浓度为0.25～1mmol/l，反应时间为5～40min。

14、在本发明的一种实施方式中，所述有机污染包括磺胺类抗生素、染料废水、溴代阻燃剂、四环素、酚类化合物中的任一种或几种。

15、本发明的原理描述：本发明首先利用沼渣制备的生物炭具有较强的吸附能力，吸附磺胺类废水中含有的磺胺类抗生素，由于沼渣生物炭本身的杂质含量较高，石墨化程度较低，磺胺甲恶唑本身含有的苯环直接掺杂到沼渣生物炭表面，覆盖了表面存在的阻断电子传递的杂质，连接了不连续的石墨态碳材料片段，从而提高了材料的电子传递能力，增大了生物炭表面的活性位点、比表面积和石墨化程度，进而提高了改性沼渣生物炭活化过硫酸盐和促进电子转移的能力，实现水体中有机污染物的高效去除。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：

17、(1)本发明在实现沼渣和磺胺类废水资源化利用的同对水体中的有机污染物进行高效去除，沼渣生物炭对过硫酸盐的活化过程由自由基活化转变为以电子转移为主，克服了易受卤素离子、含氧阴离子以及天然有机质的干扰等技术问题，具有更强的抗干扰能力，能更好的适应复杂的实际水体。

18、(2)本发明首先通过高温热解制备沼渣生物炭，然后利用沼渣生物炭吸附含磺胺类抗生素的废水后，进一步热解制备了改性沼渣生物炭。相比于原始的沼渣生物炭，改性后的沼渣生物炭大幅提升了材料的电子转移能力，活化过程由自由基为主转变为以碳材料介导的电子转移为主，实现了有机污染物-改性沼渣生物炭-过硫酸盐三者间稳定、高效的电子转移，提高了有机污染物的降解速率、稳定性和抗环境干扰能力。本发明所用的催化剂原料为沼渣，来源丰富、成本低廉、制备简单，改性材料为磺胺类抗生素废水，解决了废水排放问题的同时又实现了资源化利用，无二次污染，具有很强的实际应用前景。

技术特征：

1.一种资源化利用沼渣的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，热解温度为500～700℃，热解时间为1～2h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，水中磺胺类抗生素的浓度为1～20mg/l，溶液ph值为2～10，吸附时间为1～2h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，饱和吸附磺胺类抗生素的生物炭热解温度为500～700℃，热解时间为1～2h。

5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中所述热解在惰性气氛下进行。

6.权利要求1～5任一项所述的方法制备得到的改性沼渣生物炭。

7.一种去除有机污染物的方法，其特征在于，所述方法将权利要求6所述的改性沼渣生物炭和过硫酸盐投加至含有机污染物的水体中，通过沼渣生物炭活化过硫酸盐降解水体中的有机污染物。

8.根据权利要求7所述的一种去除有机污染物的方法，其特征在于，所述方法在常温常压下进行反应。

9.根据权利要求7所述的一种去除有机污染物的方法，其特征在于，有机污染物浓度为1～20mg/l的有机污染物，投加的改性沼渣生物炭为0.25～1g/l生物炭，过硫酸盐浓度为0.25～1mmol/l。

10.根据权利要求7～9任一项所述的一种去除有机污染物的方法，其特征在于，所述有机污染包括磺胺类抗生素、染料废水、溴代阻燃剂、四环素、酚类化合物的任一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种资源化利用沼渣的方法，属于有机固废资源化利用技术领域。本发明通过将沼渣高温热解制备的生物炭投加到含磺胺类抗生素的废水进行饱和吸附后，进一步热解制备改性沼渣生物炭，从而大幅提升碳材料的电子转移能力，使得活化过程由以自由基为主转变为以有机污染物‑改性沼渣生物炭‑过硫酸盐三者间的电子转移为主，进而提高了反应速率、稳定性和抗干扰能力。本发明在实现沼渣资源化利用的同时，对磺胺类废水进行了充分利用，并且进一步提高了沼渣生物炭活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的能力，具有成本低廉、资源化程度高、无金属离子浸出等二次污染的特点。

技术研发人员：陈银广,李小露,秦芷怡,冯雷雨,刘超,张学萌,赵春霞
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12