三种生物质炭对水中磷的去除研究.docx

          三种生物质炭对水中磷的去除研究                    摘要：本研究选取秸秆、稻壳、市政污泥三种不同的废弃物制备生物质炭，通过比表面积的测定和吸附实验，发现三种生物质炭的比表面积随着热解温度的升高而增大，同一温度下，比表面积秸秆炭＞稻壳炭＞污泥炭三种生物质炭对磷的去除率随着投加量的增加而增加，最佳吸附pH为6对实际农村污水的吸附实验中，对磷的去除效果为秸秆炭＞稻壳炭＞污泥炭，与比表面积大小呈现正相关关键词：生物质炭；比表面积；磷；吸附一、前言生物质炭是指由富含碳的生物残体在缺氧或无氧的条件下经过高温慢热解（通常<700℃）生成的一类难熔的、稳定的、高度芳香化且富含碳素的多孔固体颗粒物质[1]相较于天然滤料，生物质炭含有大量的碳和丰富的孔隙结构、较大的比表面积和表面活性基团，可以有效的吸附污水中的污染物，是良好的滤池滤料材料[2]根据原料生物质的不同，生物质炭将会体现出不同的特性[3]本研究分别选取秸秆、稻壳、市政污泥三种不同的废弃物制备生物质炭，通过吸附实验，筛选出对磷吸附效果最好的材料，为后续的工程应用提供参考二、生物质炭的制备1、原材料准备本课题所用的秸秆、稻壳来自宿州项目，市政污泥样品来自庆元某市政污水处理厂未消化的脱水污泥。

原料经清洗烘干后待用2、无氧热解取一定质量的秸秆、稻壳和市政污泥分别放入马弗炉中，在隔绝氧气的条件下，分别于500℃、600℃、700℃温度下连续加热2h，并使制备生物质炭在自然条件下冷却，过5目筛后装入密封袋待用[4]3、比表面积测定采用比表面积分析仪分析生物质炭在特定条件下对液氮吸附脱附情况，随后通过一定的数学方法计算出材料的比表面积信息，这对描述材料表面特性和吸附能力有较强的参考意义实验采用ASAP 2020物理吸附仪对生物质炭进行比表面积的测定分析比表面积是用于衡量生物质炭物理特性的重要指标本研究发现，三种生物质炭的比表面积均随热解温度升高而增大，最大比表面积对应热解温度为700℃，分析原因是由于低温热解条件下，生物质炭化反应不完全导致部分炭化的结果由表1可知，在同一热解温度条件下，对比生物质炭的比表面积，秸秆炭＞稻壳炭＞污泥炭，生物质原料在加热过程中挥发形成的多微孔结构特性与原料密切相关，温度越高，物质挥发更彻底，孔隙率增加，从而导致比表面积增加表5不同热解温度下生物质炭比表面积原料热解温度（℃）比表面积（m2/g）秸秆炭50024.0160034.3170052.56稻壳炭50021.5360033.1570039.95污泥炭50014.5160017.8470024.51三、磷吸附实验1、最佳投加量的确定（1）实验方法准确称取0.01g、0.02g、0.05g、0.1g和0.2g的秸秆炭、稻壳炭和污泥炭，分别加入到20ml浓度为5mg/L的磷酸二氢钾溶液中，并用盐酸和氢氧化钠调节溶液的pH至7，随后置于震荡器中，以100r/min的转数震荡24小时后取上清液，通过定量滤纸进行过滤采用钼锑抗分光光度法测定滤液中的磷酸盐质量浓度，计算去除率。

2）结果与讨论生物质炭的投加量是影响生物质炭吸附除磷的重要因素之一，不同投加量条件下，生物质炭对水中磷的去除率如图3所示，不同投加量对三种生物质炭的影响规律一致，即去除率随着投加量的增加而增加从曲线趋势看，当生物质炭的投加量小于0.05g时，三种生物质炭的出去率上升迅速，当生物质炭的投加量等于0.05g时秸秆、稻壳和污泥生物质炭的磷去除率分别为72.5%，55.3%和46.6%，随后曲线趋于平缓，随着投加量的增加去除率增长明显减慢，因此，考虑到多方因素，后续实验采用0.05g作为生物质炭投加量从总去除率来看，当投加量由0.01g增加至0.2g时，秸秆炭的去除率从27.3%增加到了89.7%，对磷的去除效果最为明显，其次是稻壳炭，由21.4%增加到了71.5%，污泥炭的磷去除率最低，仅从18.1%增幅了27.8%达到45.9%，生物质炭的磷去除率与其比表面积呈现正相关2、最佳pH的确定（1）实验方法准确称取0.05g秸秆炭、稻壳炭和污泥炭，分别加入到20ml浓度为5mg/L的磷酸二氢钾溶液中，并用盐酸和氢氧化钠将溶解调节pH至3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，随后置于震荡器中，以100r/min的转数震荡24小时后取上清液,通过定量滤纸进行过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液中的磷酸盐质量浓度，计算去除率。

2）结果与讨论pH是影响生物质炭吸附磷的关键因素，不仅会影响磷在水中的存在形态，还会影响神物质炭的表面性状，对吸附磷的效果产生影响本实验研究了当pH为3~12时，三种生物质炭对磷的吸附效果可以看出，pH对生物质炭吸附磷的影响规律较为一致，当pH＜6时，生物质炭对磷的吸附值随着溶液pH的增加而增加，在Ph=6时达到顶峰，当pH＞6时，生物质炭对磷的吸附值随着溶液pH的增加而减小，尤其是当pH＞10后,生物质炭的吸附值下降明显，而当pH=12时，三种生物质炭均出现磷的解析现象因此三种生物质炭吸附水中磷的最佳pH为63、对实际水体中磷的吸附因为在实验室做进行的实验研究，最终均为了可以应用于实际工程，因此，在对秸秆、稻壳和市政污泥生物质炭吸附磷进行一定的实验研究之后，本试验还对宿州市某农村污水进行吸附实验研究，吸附效果详见表可以看出，在对实际水体进行吸附后，秸秆炭仍具有较高的去除率表6实际应用中生物质炭磷去除率生物质炭初始磷浓度（mg/L）吸附后磷浓度（mg/L）磷去除率秸秆炭0.870.2867.8%稻壳炭0.870.4152.9%污泥炭0.870.5536.8%四、结果与讨论1、生物质炭的三种生物质炭的比表面积随着热解温度的升高而增大，当温度达到700℃时比表面积最大，在同一温度下，三种生物质的比表面积排序为秸秆炭＞稻壳炭＞污泥炭。

2、三种生物质炭对磷的去除率随着投加量的增加而增加，去除率的增长呈现先快后慢的趋势，在实验条件下，最佳投加量为0.05g，最佳pH为63、对实际农村污水的吸附实验中，对磷的去除效果为秸秆炭＞稻壳炭＞污泥炭，与比表面积大小呈现正相关，最高去除率达到了67.8%参考文献：[1] 李晓娜,宋洋,贾明云,等. 生物质炭对有机污染物的吸附及机理研究进展[J], 土壤学报, 2017, 54(06): 1313-1325.[2] 王宏燕,王晓晨,张瑜洁,等. 几种生物质热解炭基本理化性质比较[J], 东北农业大学学, 2016, 47(5):83-90.[3] 王彬斌,林景东,万顺利,等. 氧化镁基生物质炭高效去除水体中磷的特性[J], 环境科学, 2017, 38(7):2859-2867.[4] 刘舒蕾,彭慧君,杨佳怡,等. 水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能[J], 环境科学, 2019, 40(11):4980-4986.  -全文完-。