污泥基生物炭的吸附性能
诺氟沙星属喹诺酮类抗生素，其可以有效抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的DNA促旋酶，被广泛应用于治疗人类泌尿和呼吸系统感染[1]以及动物疾病. 大多NOR不能被人体或动物完全吸收，有60%-70%[2]的NOR最终会通过粪便和尿液排放入水环境中. 传统水处理方法很难完全去除这类化合物，残留在水环境中的NOR可能促进细菌的耐药性，并且通过污染饮用水威胁人类身体健康[3]. 因此，从水环境中去除NOR是一项重要且有意义的研究. 目前，对于此类抗生素的有效去除方法包括吸附[4]、光解[5]、化学氧化[6]等.
生物炭是指在限氧或无氧条件下，利用生物质热裂解产生的富含碳的物质[7]. 不同生物质原材料制备的生物炭在元素含量、产率、酸碱性、表面形貌等材料的结构和性质上存在差异[8]; 生物炭制备温度也是影响生物炭表面结构和性质的重要因素，温度不同，生物炭表面孔道结构和微孔的形态数量也不同[9]. 目前对生物炭的应用主要包括以下3个方面：①土壤改良. 生物炭可以对土壤改性，提高土壤对营养的截留能力[10]，促使有益微生物的生长[11]，进而促使农作物生长; ②固碳作用. 生物炭是稳定的碳固定载体，可以有效抑制温室气体的释放，从而减缓全球气候变化[12]; ③吸附材料. 生物炭特性包括较大的比表面积，多孔结构，表面富含功能团和矿物质，这使得其具有良好的吸附特性，可以用于去除水体中的污染物[13]. 目前国内外已有学者采用林业废弃物、农业废弃物和工业有机废弃物等原料制作生物炭对抗生素进行吸附研究，均取得了较好的成效[14, 15, 16].
芦苇作为一种多年水生或湿生禾草，在我国分布广泛，且产量丰富. 芦苇凋落物每年仅有15% 被降解，是一种稳定难降解的秸秆[17]. 凋落物如果得不到及时处理，腐烂的芦苇秸秆会对环境造成二次污染，同时还会影响新生芦苇的生长. 据预测分析，截止2015年年末，我国污泥的产量将达到2 600万t[18]. 由于市政污泥含有大量有机质、重金属，病原微生物，处理不当，还会引起二次污染. 上述两种生物质产量大，再次利用率低，且容易对环境造成影响. 目前，国内外对于芦苇基和污泥基生物炭作为吸附剂吸附水体中抗生素的研究鲜有报道. 本研究采用芦苇秸秆和市政污泥制备生物炭，利用BET法计算比表面积，材料表面SEM扫描、 EDS元素分析和FTIR图谱讨论了生物炭的结构与性质; 通过控制NOR溶液pH、吸附时间、吸附温度和NOR初始浓度研究了吸附性能; 采用动力学方程拟合、吸附等温线拟合以及热力学参数的计算初步讨论了吸附机制.
1 材料与方法
1.1 主要试剂与溶液
诺氟沙星标准品购自百灵威科技有限公司(纯度99.5%)，NOR性质见表 1. NaOH、 HCl、CaCl2、 NaN3均为分析纯.
称取0.01 g NOR标准品溶解于含有0.01mol ·L-1 CaCl2(控制吸附平衡过程)和200.0 mg ·L-1 NaN3(抑制微生物活性)、 pH=7的1 000 mL的背景溶液中，得到10.0 mg ·L-1 的NOR储备液.
表 1 NOR的性质
1.2 芦苇生物炭和污泥生物炭的制备
芦苇于秋季采集自兰州市黄河段沿岸，经水洗风干后，用植物粉碎机将秸秆粉碎并过60 目筛备用. 污泥采自兰州市七里河安宁污水处理厂的脱水污泥，将污泥日晒、烘干后用研钵研碎，过100 目筛. 称取一定质量过筛的污泥和芦苇秸秆粉末分别装入一定容量的坩埚中压实、加盖，放入马弗炉在20℃·min-1的升温速率下达到500℃，并在此热解温度下保持6 h，待冷却到室温后取出. 制备好的芦苇生物炭和污泥生物炭经研磨过100 目筛以确保两种材料粒径相同，随后密闭存放于干燥处待用.
1.3 污泥生物炭和芦苇生物炭理化性质测定
两种生物炭的表面积的测定采用BET法(Tristar Ⅱ 3020，Micromeritics Instrument，美国); 利用SEM(JSM-5600LV，JEOL，日本)观察生物炭材料的外部形貌; 采用EDS能谱分析(IE250，Oxford Instrument，英国)对生物炭元素及含量进行了分析; 通过FTIR光谱仪(NEXUS 670，Thermo Fisher Nicolet，美国)分析了两种生物炭表面官能团.
生物炭产率测定：将原料在限氧条件下于马弗炉中以500℃热解形成生物炭，产生的生物碳称重后与原材料重量比为该生物炭的产率; 生物炭灰分测定：将样品生物炭在有氧条件下于马弗炉中灼烧，让其中碳完全消失，其残留物称重后与原样品生物炭重量比为该生物炭的灰分含量[19]; 生物炭pH测定：称取2.5 g生物炭样品于50mL超纯水中，密闭加热，缓和煮沸5 min，过滤，弃去初滤液5 mL，pH计测定冷却后的余液[20].
1.4 NOR的检测方法
采用紫外分光光度法(UNICAM UV300，Thermo Spectronic，美国)检测NOR的含量. 取NOR储备液，以背景溶液为空白，在200-400 nm 波长内扫描，得到NOR的最大吸收波长为273 nm. 分别精密量取储备液2.5、 5.0、 10.0、 15.0、 20.0、 25.0、 30.0、 35.0、40.0、 45.0、 50.0 mL 至50.0 mL 容量瓶中，用背景溶液稀释成0.5-10.0mg ·L-1 标准溶液. 以背景溶液为空白，在273 nm 波长处测其吸光度并绘制标准曲线. 样品溶液中NOR 的测定时，将样品在离心器中以4 000r ·min-1离心，过0.45 μm 的滤膜，取上清液放入比色皿中，以背景溶液为空白，在273 nm波长处测其浓度.
1.5 吸附实验
1.5.1 溶液pH的影响
配制5.0mg ·L-1的NOR溶液，准确量取25.0 mL放入分别装有0.1 g芦苇基和污泥基生物炭的离心管中，溶液pH采用0.1mol ·L-1 的NaOH和HCl调节，使溶液的pH初始值
范围在2.0-11.0之间. 将离心管置于恒温振荡器中，于25℃，190r ·min-1条件下避光振荡24 h. 取出振荡样离心，过滤，测定溶液NOR浓度.
1.5.2 动力学吸附
配制质量浓度为5.0mg ·L-1 与10.0mg ·L-1 的NOR溶液，采用0.10mol ·L-1 的NaOH和HCl调节溶液至适宜pH. 分别准确移取25.0 mL两种浓度抗生素溶液加入分别装有0.1 g 芦苇基和污泥基生物炭的离心管中，放入恒温振荡器中，在25℃，190 r ·min-1
的条件下避光振荡并开始计时. 在10 min、 30 min、 1 h、 2 h、 4 h、 8 h、 12 h、 24 h、 36 h、 48 h取样，离心，过滤，测定NOR浓度,做平行样进行对比.
1.5.3 等温吸附线
配制质量浓度为0.5、 1.0、 2.0、 3.0、 5.0、 6.0、 8.0、 10.0 mg ·L-1的NOR 溶液，准确移取25.0 mL 不同浓度NOR溶液至分别装有0.1 g 芦苇基和污泥基生物炭的离心管中. 在15、 25、 35℃的温度下恒温避光振荡24 h至吸附平衡. 离心，过滤，测定，做平行样进行对比.
2 结果与分析
2.1 生物炭基本理化性质及表征
芦苇生物炭和污泥生物炭的基本理化性质见表 2. 从中可知，两种生物炭主要由C、 O、Si、 Ca等元素组成，表明生物炭是由有机和无机成分构成，其中C为生物炭主要的结构元素，而Si与Ca则以氧化物形态存在于生物炭中. 原材料方面，芦苇生物质的主要成分为纤维素、半纤维素，在低温阶段可基本被分解. 随着温度升高，生物炭逐渐发育形成空隙结构，微孔增多. 在500℃时，生物炭孔道内的有机物被去除，使孔径增加. 从芦苇的SEM扫描图 [图 1(a)]可看出芦苇生物炭表面具有明显的长条形空隙结构，孔壁较薄，出现微孔结构，这可能是高温破坏生物炭中羰基(C O)官能团形成的[21]. 通过图 1(b)可以观察到，污泥生物炭呈现孔状结构以及不定性层状结构. 污泥含有大量水分、微生物、有机物以及挥发性物质. 在热解过程中，污泥的表面水、水化水、结合水以及易挥发或氧化物质逐渐被去除; 污泥中有机物质发生解聚反应[22]，小分子有机物和微生物基本被分解，大分子有机物进一步分解为有机气体，在高温条件下挥发逸出. 上述组分的去除使得污泥生物炭表面出现孔洞，增加了表面积和孔隙率. 从表 2可知，芦苇秸秆和污泥在相同热解温度下制得的生物炭在理化性质上存在差异，这与原材料自身性质有关. 芦苇秸秆含有大量碳酸盐，故所得产物具有较强碱性[23]; 此外芦苇秸秆主要由纤维素等有机类质组成，而污泥一般含有细微泥沙，故两种生物炭的元素所占质量分数不同.
污泥基生物炭的吸附性能 诺氟沙星属喹诺酮类抗生素，其可以有效抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的DNA促旋酶，被广泛应用于治疗人类泌尿和呼吸系统感染[1]以及动物疾病. 大多NOR不能被人体或动物完全吸收，有60%-70%[2]的NOR最终会通过粪便和尿液排放入水环境中. 传统水处理方法很难完全去除这类化合物，残留在水环境中的NOR可能促进细菌的耐药性，并且通过污染饮用水威胁人类身体健康[3]. 因此，从水环境中去除NOR是一项重要且有意义的研究. 目前，对于此类抗生素的有效去除方法包括吸附[4]、光解[5]、化学氧化[6]等. 生物炭是指在限氧或无氧条件下，利用生物质热裂解产生的富含碳的物质[7]. 不同生物质原材料制备的生物炭在元素含量、产率、酸碱性、表面形貌等材料的结构和性质上存在差异[8]; 生物炭制备温度也是影响生物炭表面结构和性质的重要因素，温度不同，生物炭表面孔道结构和微孔的形态数量也不同[9]. 目前对生物炭的应用主要包括以下3个方面：①土壤改良. 生物炭可以对土壤改性，提高土壤对营养的截留能力[10]，促使有益微生物的生长[11]，进而促使农作物生长; ②固碳作用. 生物炭是稳定的碳固定载体，可以有效抑制温室气体的释放，从而减缓全球气候变化[12]; ③吸附材料. 生物炭特性包括较大的比表面积，多孔结构，表面富含功能团和矿物质，这使得其具有良好的吸附特性，可以用于去除水体中的污染物[13]. 目前国内外已有学者采用林业废弃物、农业废弃物和工业有机废弃物等原料制作生物炭对抗生素进行吸附研究，均取得了较好的成效[14, 15, 16]. 芦苇作为一种多年水生或湿生禾草，在我国分布广泛，且产量丰富. 芦苇凋落物每年仅有15% 被降解，是一种稳定难降解的秸秆[17]. 凋落物如果得不到及时处理，腐烂的芦苇秸秆会对环境造成二次污染，同时还会影响新生芦苇的生长. 据预测分析，截止2015年年末，我国污泥的产量将达到2 600万t[18]. 由于市政污泥含有大量有机质、重金属，病原微生物，处理不当，还会引起二次污染. 上述两种生物质产量大，再次利用率低，且容易对环境造成影响. 目前，国内外对于芦苇基和污泥基生物炭作为吸附剂吸附水体中抗生素的研究鲜有报道. 本研究采用芦苇秸秆和市政污泥制备生物炭，利用BET法计算比表面积，材料表面SEM扫描、 EDS元素分析和FTIR图谱讨论了生物炭的结构与性质; 通过控制NOR溶液pH、吸附时间、吸附温度和NOR初始浓度研究了吸附性能; 采用动力学方程拟合、吸附等温线拟合以及热力学参数的计算初步讨论了吸附机制. 1 材料与方法 1.1 主要试剂与溶液 诺氟沙星标准品购自百灵威科技有限公司(纯度99.5%)，NOR性质见表 1. NaOH、 HCl、CaCl2、 NaN3均为分析纯. 称取0.01 g NOR标准品溶解于含有0.01mol ·L-1 CaCl2(控制吸附平衡过程)和200.0 mg ·L-1 NaN3(抑制微生物活性)、 pH=7的1 000 mL的背景溶液中，得到10.0 mg ·L-1 的NOR储备液.
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
生物吸附法去除重金属离子的研究进展 摘要：本文主要对生物吸附去除重金属离子污染的研究现状进行了综合评述。 首先，介绍了重金属污染的危害和传统去除重金属离子的技术存在的局 限性，指出生物吸附法作为新兴的处理方法的优势；然后，讨论了生物 吸附剂的来源及特点，生物吸附重金属的机理研究，影响重金属生物吸 附的因素以及重金属离子的解析；最后，展望了生物吸附在去除重金属 离子的前景，也提出了其存在的局限性。 1前言 重金属一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属，如铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)等。这些难降解的重金属随工业废水的超量排放对环境构成威胁,通过食物链在生物体富集,破坏生物体正常代活动,危害人体健康。自从日本发生轰动世界的水俣病(汞中毒)和痛疼病(镉中毒)后,如何治理重金属废水,已经受到科学家们的普遍关注[1]。因此，有效地处理重 金属废水、回收贵重金属已经成为当今环保领域和食品安全领域中重要的课题。 目前处理含重金属废水的方法主要有化学沉淀、溶解、渗析、电解、反渗透、蒸馏、树脂离子交换与活性炭吸附等。各种方法的优缺点如表一所示. 表1 去除重金属离子传统技术[2] Table 1 Conventional technologies for heavy metal removal 处理方法优点缺点 化学沉淀和 过滤简单、便宜对于高浓度的废水,分离困难效果较差,会产 生污泥 氧化和还原无机化 需要化学试剂生物系统速率慢 电化学处理可以回收金属价格较贵 反渗透出水好,可以回用 需要高压膜容易堵塞价格较贵 离子交换处理效果好,金属可以回 收 对颗粒物敏感 树脂价格较贵 吸附可以利用传统的吸附剂 (活性炭) 对某些金属不适用 蒸发出水好,可以回用 能耗高价格较贵产生污泥
1 改良土壤 木炭的土地利用是指在土壤中加入木炭颗粒或载有菌体、肥料或与其它材料混配的功能型木炭复合材料。其目的是改良土壤，增加地力，改善植物生境，提高土地生产力及产品品质。应用领域主要是农田、林地和草坪。木炭的特点：黑色，多孔，表面发达，通常比表面积在300～400 m2·g-1，有植物生长所必须的营养成分和微量元素，具有一定强度和较高的生物和化学稳定性。 1.1 土壤改良 填加木炭的土壤，透气、透水、保水功能得到不同程度的改善。据日本肥粮检定协会的报告：加5％的黑炭，土壤的保水率和透水性分别提高14.6％和 88.9％，其对治理土壤板结的效果好于珍珠岩和蛭石。日本政府1986年11月将木炭纳入地力增进法，确定为土壤改良资材。 木炭对施于农田的肥料有吸持和缓释作用，此项技术近年在我国出现并得到推广。在农业生产中，购置化肥的费用对农产品生产成本影响至关重要。例如：在玉米种植成本中，化肥项支出占44％。多数情况下，化肥的利用率只有1/3，其余或滞留于土壤中或流失，三者比例相近。国家环境保护农业废弃物综合利用工程技术中心推广的“炭粉还田防止化肥流失技术”称可减少50％的化肥流失。植物原料在原组织中的K、Na、Ca和各种微量元素，在制炭过程中转入木炭中，当炭被施入土壤中以后，随之也增加了土壤中植物生长所必须的营养物质。木炭多孔，且能富集土壤中的空气、水分、养分，适宜微生物栖息、繁衍。土壤团粒结构增加，作物根系发达，根部CO2增多。福建林学院曾用试验证明炭有很好的固氮作用。试验是在黄沙壤、黑沙壤中加进1％的木炭颗粒、颗粒活性炭、粉状活性炭，1a后，加炭土样中的好气性固氮菌、嫌气性固氮菌数量明显增加。木炭色黑、吸热，散于地表面1L·m-2，地温提高7℃。 木炭多孔，有蓄热作用，对气温骤变所带给作物的伤害有一定的抵御能力；能减少诸如重金属、残留农药等有毒物质对作物的伤害；木炭对一些气体的吸附容量，按木炭容积的倍数计，H4N、H2C1、SO2、H2S、NO2、CO2、02、N、H2、CHC分别为90.0、85.0、65.0、55.0、40.0、35.0、9.3、7.5、5.0、1.8。在木炭土地利用的各方面，日本应用面广，历史较长，经验多，效果显著。在木炭纳人地力增进法前后30a间，耗用木炭已达数十万吨，主要为树皮炭、房屋解体木材烧
活性污泥中主要微生物类群的特征及作用 活性污泥中的微生物，主要有细菌、原生动物和藻类三种，此外还有真菌、病菌等。微生物中细菌是分解有机物的主角，其次原生动物也有一定的作用。活性污泥中主要以菌胶团和丝状菌存在，游离的细菌较少。活性污泥中原生动物较多，经常出现的原生动物主要有钟虫类、盾纤虫、漫游虫、吸管虫、变形虫等。此外还有一些后生动物，如轮虫和线虫。因此，活性污泥是一个复杂的微生物世界。对工艺管理者来说，应会识别微生物，并了解它对污水处理过程的指示作用。 下面是几钟生物相对活性污泥的指示情况： 1、活性污泥良好时出现的微生物主要有：钟虫类、盾纤虫、盖纤虫、累枝虫、聚缩虫、内管虫、独缩虫等吸附性原生动物。如果此类微生物占总数的80%以上，个体在1000个/mL 以上的话，应该判断为具有高净化效率的活性污泥。 2、活性污泥处于恶劣状况时出现的微生物主要：波豆虫、豆型虫、草履虫、弹跳虫、屋滴虫（大多数为游泳型），可以判断为絮凝体细碎。严重恶化时原生动物和后生动物消失。 3、在活性污泥分散解体时出现微生物：辐射变形虫、多核变形虫、扇形变形虫等肉足类。可判断为絮体变小出水混浊，SS升高，而这类微生物急增时必须调整工艺状态，减少回流污泥量和通气量，则可以印制污泥解体。 4、在活性污泥出现恢复时出现的微生物主要有：漫游虫、徐叶虫、徐管虫、尖毛等（全毛类） 5、在活性污泥膨胀时出现的微生物主要有：浮游球衣藻和霉菌。丝壮菌是造成污泥膨胀的诱导生物，丝壮菌大量增殖是，则吸附型的原生动物急剧减少，污泥性能恶化，形成所谓的漂泥现象。一旦出现丝壮菌增殖的趋势，4-7天后SVI急剧上升甚至会超过200。 6、进水负荷低时出现的微生物主要有：游仆虫、狭甲虫等生物。判断为有机物较少，应增大曝气量。溶解氧不足时出现的微生物主要有；扭头虫、丝壮菌等，此时污泥发黑并放出腐臭味，应增大曝气量。曝气过量时出现的微生物主要有：肉足类及轮虫类，包括阿米巴虫，高负荷和毒物流入时出现的微生物主要有；盾纤虫和钟虫的锐减是负荷过高和毒物流入的征兆，大多数微生物灭绝时活性污泥已被破坏，必须进行恢复。
董智伟等 热解污泥生物炭化学组成及环境效应研究进展 热解污泥生物炭化学组成及环境效应 研究进展* 第一作者：董智伟，男，1993年生，硕士研究生，研究方向为生物质资源化利用」通讯作者# *国家自然科学基金资助项目（No.41763016）；昆明理工大学分析测试基金资助项目（No.2017T20130171） # 董智伟左宁王彦周昱伟陈芳媛$ （昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500） 摘要 污泥是生物法处理市政污水、工业废水产生的副产物，产量大，且处理不当会造成生态污染。用污泥制备污泥生物炭" 既能实现污泥资源化利用又能减少环境污染。对目前热解污泥生物炭制备和施用过程中产生的环境效应进行综述，着重讨论了热 解污泥制备污泥生物炭过程中的元素（碳、氢、氧、氮、硫等）转化、污泥生物炭中重金属形态、吸附性质及土壤施用情况#系统地分析 污泥生物炭从制备到施用过程的环境效应，有利于对其实际应用进行全面的环境风险评估# 关键词污泥生物炭热解元素转化环境效应 DOI ： 10.15985/https://www.doczj.com/doc/0611227643.html,ki. 1001-3865.2019.04.021 Research progress in chemical p roperties and environmental effects of pyrolysis sludge biochar DONG Zhixvei , ZUO Ning -, WANG Yan , ZHOU Yuzvei , CHEN Fangyuan . ( Faculty of Environmental Science and Engineering , Kunming University of Science and Technology ■, Kunming Yunnan 650500)Abstract : Sludge is by-product of biological process in the treatment of municipal sewage and industrial wastewater. It has a huge production and may cause ecological po l ution if improperly treated. Preparation of biochar with sludge may realize both resource utilization and po l ution reduction of the sludge. The environmental e f ects in thesludge biochar preparation and application process werereviewed.Thetransformation ofelements (carbon , hydrogen , oxygen , nitrogen , sulfur , etc. 5 and heavy metal species , adsorption property and applied conditions of sludge biochar were discussed. The systematical analysis of the environmental effect of pyrolysis sludge biochar from preparation to application was helpful to its comprehensive environmental risk evaluation. Keywords : sludge biochar ； pyrolysis ； element conversion ； environmental effect 近年来，生物炭由于其特殊的、多元的功能和价 值得到越来越多学者的关注#生物炭是生物质在完 全或部分缺氧状态下热解产生的一类难溶、稳定、含 碳量高的高度芳香化固态物质，其元素组成主要包 括碳、氢、氧、氮、硫、磷、钾、钙、硅等。主要元素碳质 量分数为66.6% #87.9%，氢质量分数为1.2%? 2.9%，氧质量分数为10.6%#26.6%。从化学构成 来看，生物炭主要由烷基和芳香结构组成，同时还包 含有羧酸及其衍生物、酚类、烯烃及其衍生物等。从 微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳 香环片组成，表面孔隙多，比表面积较大。多孔特征 促进了生物炭对有机物和重金属的吸附去除，施加 到土壤中可以为微生物生存提供附着位点和较大空 间，提高土壤水分和通气性，调节土壤微环境[12] # 因此，生物炭在环境修复和土壤改良等方面都拥有 巨大的应用潜力 污泥是污水处理厂的主要副产物。据估计, 2015 年中国污水处理厂产生了 34000000t 污泥 （含水量80%左右）56*。随着城镇化进程加快，污 水处理厂的进一步普及，污泥产量还将不断提高。 同时，污泥含重金属、有机物、病原体等各种污染物, 处理不当将会造成严重的环境问题7。热解是一项 应用较广的固废处理技术，热解污泥能够减少污泥 体积，杀死病原体，分解有机物，有利于污泥资源化 利用8。热解的基本过程是污泥在相对低温（通常 小于700 °C ）和无氧条件下加热，最终产生生物气、 生物油和生物炭产品。生物气和生物油可以用作生 物能源，生物炭可以回收利用。污泥中有机质含量达60%以上，具有较高的 碳、氮、硫含量。热解过程中，这些元素转化的CO ” HCN'H ^S 等气体排放到环境中，会造成大气污染。 同时，污泥相对其他生物质具有高含量重金属。热 解后，大量重金属将残留在污泥生物炭中，施加到土 壤后会影响农作物的生长。因此，了解污泥生物炭? 479 ?
微生物吸附技术 在治理工业废水中重金属离子的应用 1 主要内容 一、前言 二、试验材料和方法 三、草分枝杆菌对重金属离子吸附规律研究 四、苦味诺卡氏菌对重金属离子吸附规律研究 五、细菌吸附重金属离子机理研究 六、重金属的微生物吸附技术应用基础研究 七、结论 2 一、电镀行业重金属废水 1、含铜废水： 酸性镀铜过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为2~3； 焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50 mg/L以下，pH值在7左右。
2、含锌废水： 碱性锌酸盐镀锌过程的废水中含锌浓度在50 mg/L以下，pH值为9； 钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6左右； 硫酸锌镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6~8； 氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为6~9。 3、含镍废水： 一般废水中含镍浓度在100 mg/L以下，pH值在6左右。 4、含铬废水： 一般废水中含六价铬浓度在200mg/L以下，pH值为4~6。 重金属废水来源（一） 3 参看： 安成强，崔作兴. 电镀三废治理技术[M]，北京：国防工业出版社，2002，33～269. 三、其他行业的重金属废水 染料行业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 陶瓷行业排放的废水含有砷、铬等， 墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、镍、镉等，
照相行业排放的废水含有银、铅、铜、铬、镉等， 造纸行业排放的废水含有铬、汞、铜、镍等， 制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等， 肥料行业排放的废水含有汞、铬、铅、铜、砷、镉、镍等， 氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铬等， 玻璃行业排放的废水含有钼、铅、镍、钡等， 纺织行业排放的废水含有汞、铬、铅、镍、砷、镉等。 重金属废水来源（三） 4 二、钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水 采矿和冶炼需耗用大量的水，其排放的废水中重金属离子成分比较复杂，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌等。 以葫芦岛锌厂为例，其废水排放量为每年21.9万吨。废水中含有Zn、Hg、Cu、Cd等，从生产线下来的废水重金属离子浓度为，Zn 153.00 mg/L、Hg 0.87 mg/L、Cu 4.45 mg/L、Cd 18.70 mg/L（引自2002 年葫芦岛锌厂西部污水处理站污染情况表）。 重金属废水来源（二） 5
生物炭法（PACT法）工艺 水处理技术:有些难以生物降解的制药，其生化处理出水中的COD要达到国家一级排放标准（100mg/L）以下是比较困难的，因此生化处理出水应再采用颗粒活性炭吸附处理技术以保证出水达标是不可缺少的。但是，颗粒活性炭吸附处理法有一个 致命的弱点即处理成本太高，其根本原因是颗粒活性炭吸附处理COD的动态吸附容 量在10%左右（重量百分比），即一吨活性炭只能吸附处理中的COD在100公斤左右。由于颗粒活性炭困难，处理成本高，因此颗粒活性炭处理技术的应用推广在国内还 并不普遍。那么是不是可以开发一种新的技术，这种技术可以大幅度地提高活性炭 的动态吸附容量，有效地降低的处理成本呢？ 由杜邦最先开发的生物炭法工艺（PowderedActivatedCarbonTreatmentProcess）就是这种新技术的代表之一。生物炭法简称“PACT法”，或“PACSBR生化法”，被国外认为是最有发展前途的新型的废水生化处理工艺， 在生化进水中（或在曝气池内）投加粉末活性炭与回流的含炭污泥一起在曝气 池内混合，从污泥浓缩池中排出的剩余污泥进污泥脱水装置。在曝气池内，活性污 泥附着于粉末活性炭的表面，由于粉末活性炭巨大的比表面积及其很强的吸附能力，提高了污泥的吸附能力，特别在活性污泥与粉末活性炭界面之间的溶解氧和降解基 质浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了COD的降解去除率。一般来说在PACT系统内，活性炭吸附处理COD的动态吸附容量在100-350%（重量百分比），即一公斤粉末活性炭可吸附去除1.0-3.5公斤COD。而且，PACT法能处理生物难以降解的有毒 有害的有机污染物质。 根据我们的工程调试经验，直接在SBR好氧生化池内定期（每15-30天）定量 投加粉末活性炭可以获得很好的处理效果。其实粉末活性炭和颗粒活性炭的吸附处
城市污泥热解炭化关键技术热能与环境工 程研究所 同济大学 机械与能源工程学院 报告人:陈德珍热能与环境工程研究所 教授 2012年7月1日
汇报目录 一、热解VS 焚烧 Highlights 二热解装置 ?热解与焚烧类似，是一种彻底的三热解过程的监控 污泥处理技术；?热解与焚烧相比，在能耗和污染四热解能量平衡途径 物排放方面均具有优势；?热解装置的开发将百花齐放；?五热解污染物释放 80%含水率的污泥干基热值达到18MJ/kg 时可以实现热平衡并获得炭产品；?热解炭可以作为燃料、土壤改良六热解产物的利用 剂和水净化载体；?污泥热解的工程值得大力推广 七工程化建议
一、热解VS 焚烧 热解是实现污泥处理、处置稳定化、减量化、无害化、资源化目标的有效手段之与焚烧类似同属热处理方法资源化目标的有效手段之一，与焚烧类似、同属热处理方法； 但是与焚烧相比，它更具有优越性。 对比项热解焚烧 烟气量小、二次污染浓度低；无危烟气量大，二次污染控制投资大焚烧飞 环境指标烟气量小、次污染浓度低；无危 险废物产生 控制投资大；焚烧飞 灰是危险废物 产品可以调节为油气炭 焚烧过程只能进行热 资源化程度产品可以调节为油、气、炭 回收 处置规模灵活度高,规模可大可小适合大型化 初始80%含水率、干基热值若热解温度达到550℃、热解炭气 化后联合挥发份供热，则可以实现 理论上每吨湿泥根据 干燥、风量的不同需 12000KJ/kg的 污泥处理 能量平衡，理论上不需外部能源要添加12~20kg标煤。
一、热解VS 焚烧：典型的污泥中温热解工艺流程 ?有机炭 9保水 9益菌、保暖 益菌保暖9使肥效缓释 9CO 2减排 ? 作为燃料? 作为水处理剂有机生物炭它的优点是可以根据泥质调整产 物，实现资源化或能量回收
生物吸附剂及其吸附性能研究进展 黄娜 （华南师范大学化学与环境学院环境科学专业，广州 510006） 摘要:用微生物体来吸附水中的重金属是一项新兴的废水生物处理技术。藻类、细菌、真菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果。文章从细胞壁的结构特性概述了藻类、细菌、真菌等对重金属吸附的机理,介绍了它们的吸附性能。 关键词:微生物生物吸附剂重金属废水处理 现代工业的发展会产生大量含重金属废水,重金属进入生态环境后,不像有机物那样能被降解,而是通过食物链进一步富集,对环境和人体健康造成危害,如震惊世界的水俣病、骨痛病事件。人们处理废水中的重金属一般采用物理化学方法(沉淀、离子交换、吸附、电解、膜分离、氧化还原等),当水中的重金属浓度较低时,不仅去除率不高,还存在运行费用高的问题[1]。目前新兴的去除技术———生物吸附技术,愈来愈受到人们的关注。生物吸附是利用生物体及其衍生物来吸附水中重金属的过程。重金属离子对生物体有很强的毒害作用,超过一定的浓度就会抑制生物生长或使生物体死亡,有的微生物如某些藻类、细菌、真菌,本身或是经过驯化以后对重金属有一定的耐受性,能够除去水中的重金属离子。与传统的处理方法相比,生物吸附具有以下优点[2]:(1)在低浓度下,金属可以被选择性的去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作时的ｐＨ值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生利用。 1 藻类生物吸附剂 1.1来源。全球已知的藻类约4万种,在自然界中分布甚广,绝大多数为水生或生 长在阴暗的岩石、墙角、树杆和土壤等表面,是最容易观察到的一种微生物,常常用来指示水体、生态系统及营养条件的变化。研究发现,藻类细胞具有吸附重金属的能力。因此,可选择吸附性能良好的藻类作为吸附剂的生产原料,如海藻,其数量大,容易收集,有一些地方还可人工培养,尤其在沿海地区,来源十分丰富。 1.2细胞壁结构特性。当微生物体暴露在金属溶液中时,金属离子直接接触的是 细胞壁,微生物细胞壁的化学组成和结构决定着金属与它的相互作用特性。 藻类的细胞壁在多数情况下是由纤维素的微纤丝形成的网状结构构成,含有丰富的多糖,如果胶(含有少量己糖、鼠李糖的多聚半孔糖醛酸的高聚物)、木糖、甘露糖、藻酸或地衣酸。多糖带负电,可以通过静电引力与许多金属离子相结合。其中的海藻酸盐与硫酸多糖是吸附的主要载体[3]。 1.3藻类对重金属的吸附。藻类对大多数重金属有很强的吸附能力。如斜生栅藻 对ＵＯ22+吸附是一个快速而不需要能量的过程,最大吸附容量达75ｍｇ/ｇ干物质,能够使铀浓度从5.0ｍｇ/Ｌ降至0.05ｍｇ/Ｌ, ＵＯ22+与Ｃｕ2+、Ｎｉ2+、Ｚｎ2+、Ｃｄ2+之间的竞争也很小[4],在吸附锌时,它的吸附容量、对锌毒性的耐受能力比另外一种栅藻高[5]。绿微藻在悬浮状态下,活细胞对Cr的最大吸附量为12.67ｍｇ/ｇ干物质,干细胞为13.12ｍｇ/ｇ干物质[6]。海草能积
生物炭在农田土壤修复方面的应用 河北师大化学与材料科学学院农业项目组盛建维 一、生物炭概述 生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，属于秸秆废弃资源高值化利用的范畴。 生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。 生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。 制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。此外，生物炭还在获取生物质能、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面有着重要地位。近年来学界关于生物炭在土壤肥力改良、大气碳汇减排以及土壤污染修复等方面的研进展，并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路。 二、生物炭的结构和基本特性 生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，而且以高度富含碳( 约 70% —80% ) 为主要标志，可以视为纤维素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂各异的含碳物质构成的连续统一体，其中烷基和芳香结构是最主要的成分。从微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，X 射线表明其具有乱层结构 ( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征显著，因此具有较大的比表面积和较高的表面能。表面极性官能团较少，主要基团包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、吡喃酮、酸酐等，构成了生物炭良好的吸附特性。随着研究的推进，研究者还发现生物炭具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性由于原材料、技术工艺及热解条件等差异、生物炭在结构和 pH、挥发分含量、灰分含量、持水性、表观密度、孔容、比表面积等理化性质上表现出非常广泛的多样性，进而使
活性污泥中的微生物，主要有细菌、原生动物和藻类三种，此外还有真菌、病菌等。微生物中细菌是分解有机物的主角，其次原生动物也有一定的作用。活性污泥中主要以菌胶团和丝状菌存在，游离的细菌较少。活性污泥中原生动物较多，经常出现的原生动物主要有钟虫类、盾纤虫、漫游虫、吸管虫、变形虫等。此外还有一些后生动物，如轮虫和线虫。可以所，活性污泥是一个广阔的微生物世界。对工艺管理者来说，应会识别微生物，并了解它对污水处理过程的指示作用。 下面是几钟生物相对活性污泥的指示情况： 1、活性污泥良好时出现的微生物主要有：钟虫类、盾纤虫、盖纤虫、累枝虫、聚缩虫、内管虫、独缩虫等吸附性原生动物。如果此类微生物占总数的80%以上，个体在1000个/mL以上的话，应该判断为具有高净化效率的活性污泥。 2、活性污泥处于恶劣状况时出现的微生物主要：波豆虫、豆型虫、草履虫、弹跳虫、屋滴虫（大多数为游泳型），可以判断为絮凝体细碎。严重恶化时原生动物和后生动物消失。 3、在活性污泥分散解体时出现微生物：辐射变形虫、多核变形虫、扇形变形虫等肉足类。可判断为絮体变小出水混浊，SS升高，而这类微生物急增时必须调整工艺状态，减少回流污泥量和通气量，则可以印制污泥解体。 4、在活性污泥出现恢复时出现的微生物主要有：漫游虫、徐叶虫、徐管虫、尖毛等（全毛类） 5、在活性污泥膨胀时出现的微生物主要有：浮游球衣藻和霉菌。丝壮菌是造成污泥膨胀的诱导生物，丝壮菌大量增殖是，则吸附型的原生动物急剧减少，污泥性能恶化，形成所谓的漂泥现象。一旦出现丝壮菌增殖的趋势，4-7天后SVI急剧上升甚至会超过200。 6、进水负荷低时出现的微生物主要有：游仆虫、狭甲虫等生物。判断为有机物较少，应增大曝气量。溶解氧不足时出现的微生物主要有；扭头虫、丝壮菌等，此时污泥发黑并放出腐臭味，应增大曝气量。曝气过量时出现的微生物主要有：肉足类及轮虫类，包括阿米巴虫，高负荷和毒物流入时出现的微生物主要有；盾纤虫和钟虫的锐减是负荷过高和毒物流入的征兆，大多数微生物灭绝时活性污泥已被破坏，必须进行恢复。 7、钟虫不活跃或呆滞，往往是曝气池供气不足。当发现没有钟虫，却有大量的游动纤毛虫如个种数量较多的草履、漫游虫、豆型虫、波豆虫等，而细菌则以游离细菌为主，此时表明水中的有机物还很多，处理效果很差。如果原水水质良好，突然出现固定纤毛虫减少，游泳纤毛虫增加的现象，预示水质要变差，逐渐出现游动纤毛虫，水质将向好的方向发展，直致变为固定纤毛虫为主，则水质变得良好。 8、镜检中发现积硫较多的丝硫细菌，游动细菌时，往往是曝气时间不足，空气量不够，流量过大，或水温较低，处理效果较差。 9、在大量钟虫存在的情况下盾纤虫数量多而且越来越活跃，这读曝气池工作不利。要注意，可能悟泥会变得松散，如果钟虫量递减，盾纤虫量递增，则替伏着污泥膨胀的可能。当发现等枝虫成堆出现，并不活跃，肉眼能见污泥中有小白点，同时发现贝氏硫菌和丝硫菌积硫点十分明显，则表明曝气池溶
摘要： 为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能，寻求最佳的氮素吸附材料，本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂，开展不同pH 环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验，研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件，并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明：3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果，且pH 环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05g 时，在pH 环境为9、吸附时间为3h 、初始浓度为100mg ·L -1的条件下，平衡吸附量达到最大，稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00mg ·g -1和17.60mg ·g -1，表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳；Langmuir 方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程，表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附；准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程，表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明，稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素，有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。关键词：生物炭；氮素吸附；等温吸附模型；氮污染中图分类号： X712文献标志码： A 文章编号：1672-2043（2018） 06-1193-10doi:10.11654/jaes.2017-1378 Study on the adsorption properties of nitrogen by different biochars SUO Gui-fang 1,2,L 譈Hao-hao 2,3,WANG Yu-ying 2,3,LIU Yu-xue 2,3,HE Li-li 2,3,YANG Sheng-mao 1,2,3* （1.College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China;2.Institute of Environment,Resource,Soil and Fertilizer,Zhejiang Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310021,China;3.Engineering Research Center of Biochar of Zhejiang Province,Hangzhou 310021,China ） Abstract ：This paper explored the adsorption properties of nitrogen by different biochars and identified a suitable material to prevent nitro －gen pollution.The project selected three kinds of nitrogen adsorbents ：rice husk biochar,pecan shell biochar and bamboo biochar.Adsorp －tion experiments,coupled with isothermal adsorption models and kinetic models,were applied to assess the optimum adsorption conditions of the selected biochar on nitrogen in ammonium nitrate solution.The results demonstrated that all three kinds of biochar had certain adsorp －tion effects on nitrogen in ammonium nitrate solution,and that the adsorption capacity of biochar on nitrogen was affected by the pH of the environment,reaction time,initial concentration and biochar addition.For instance,while the amount of biochar was 0.05g under experi －mental conditions of pH 9,adsorption time 3h and initial concentration 100mg ·L -1,the optimum nitrogen adsorption quantities of the three biochars were 23.79,13.00mg ·g -1,and 17.60mg ·g -1,respectively.Moreover,the Langmuir equation best fit the process of isothermal ad －sorption of nitrogen by the three kinds of biochar,indicating that the adsorption of nitrogen by biochar was due mainly to monomolecular ad －sorption.Again,the pseudo-second-order kinetics model could better define the kinetics of the three kinds of biochar adsorption nitrogen,was suggesting that the biochar adsorption of nitrogen was chemical in nature.The results showed,that rice husk biochar had a good nitrogen adsorption performance and could be used as a quality adsorbent to control nitrogen pollution in soil and water.Keywords ：biochar;nitrogen adsorption;isothermal adsorption model;nitrogen pollution 收稿日期：2017－10－12录用日期： 2017－12－19作者简介：索桂芳（1992—），女，山东济南人，硕士研究生，从事生物炭材料的吸附研究及炭基微生物肥料的研发与应用。E-mail ： suogf1992@https://www.doczj.com/doc/0611227643.html, *通信作者：杨生茂E-mail ：yangshengmao@https://www.doczj.com/doc/0611227643.html, 基金项目：浙江省重点研发计划项目（2017C02001）Project supported ：The Key Research and Development Project of Zhejiang Province,China （2017C02001） 2018，37（6）:1193-12022018年6月 农业环境科学学报 Journal of Agro-Environment Science 索桂芳， 吕豪豪，汪玉瑛，等.不同生物炭对氮的吸附性能[J].农业环境科学学报,2018,37（6）：1193-1202.SUO Gui-fang,L 譈Hao-hao,WANG Yu-ying,et al.Study on the adsorption properties of nitrogen by different biochars [J].Journal of Agro -Environment Science ,2018,37（6）： 1193-1202.不同生物炭对氮的吸附性能 索桂芳1，2，吕豪豪2，3，汪玉瑛2，3，刘玉学2，3，何莉莉2，3， 杨生茂1，2，3* （1.浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华321004；2.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，杭州310021；3浙江省生物炭工程技术研究中心，杭州310021）
第47卷第7期2019年4月广 州 化 工 Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.7Apr.2019 生物炭制备方法及其应用的研究进展 * 李佳燕,陈 兰,喻 婕,戴智强,张 震,王 娜 (天津中医药大学中药制药工程学院,天津 301617) 摘 要:生物炭作为一种绿色环保,廉价易得的新型功能材料,具有比表面积大,孔隙结构致密,来源广泛,环境友好等 优点三通过对生物炭制备方法的分类与总结,对比不同制备方法的优缺点,为生物炭制备过程的改进提供技术支持三通过对生物炭的应用进行总结与分析,为其在农业生产二环境保护二能源化工等领域的广泛应用提供理论与实践依据三 关键词:生物炭;制备方法;改性;土壤修复;污水处理;大气污染 中图分类号:X705 文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2019)07-0022-04 * 基金项目:天津中医药大学校大学生科技创新基金资助项目(CXJJ2018YC19)三第一作者:李佳燕(1998-),女,本科生三 通讯作者:王娜(1983-),女,讲师,研究方向为中药废弃物的再利用三 Research Progress on Preparation Methods and Applications of Biochar * LI Jia -yan ,CHEN Lan ,YU Jie ,DAI Zhi -qiang ,ZHANG Zhen ,WANG Na (College of Pharmaceutical Engineering of Traditional Chinese Medicine,Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 301617,China) Abstract :Biochar,as a new kind of green and environmentally friendly functional material,has the advantages of low cost,wide sources,large specific surface area and dense pore structure.Through the classification and summary of biochar preparation methods,the advantages and disadvantages of different preparation methods were compared,which provided technical support for the improvement of biochar preparation process.The application of biochar was summarized and analyzed,which provided theoretical and practical basis for its wide application in agricultural production,environmental protection,energy and chemical industry. Key words :biochar;preparation method;modification;soil remediation;sewage disposal;air pollution 生物炭是生物质在低氧或缺氧条件下,通过高温裂解碳化,形成的高度芳香化二富含碳的多孔颗粒固体[1]三生物炭的多孔结构,可以稳定地将碳元素固定长达数百年,矿化后碳元素在环境中很难再分解三制备生物炭的原料主要是制药二造纸二农产品加工等行业产生的废弃物三将这些废弃物加工制备成生物炭,并应用到农业二环保二化工二制药等领域,可以实现废弃物的高值利用,从而有效减少资源浪费,具有重要的实际意义和研究价值三 1 生物炭的制备 生物质主要由纤维素二半纤维素和木质素组成三生物炭的制备是生物质发生热裂解,由大分子转变为小分子的过程三其中伴随有脂肪烃脱水缩聚形成芳香环,羟基二羧基等极性官能团脱除的过程三根据制备过程中生物质的热解温度二升温速率以及加热介质的不同,生物炭的制备方法可分为:慢速热解二快速热解二气化热解二水热炭化以及微波热裂解法[1-2]三1.1 慢速热解 慢速热解法也称为传统炭化法,是指生物质以一个相对较低的速率加热,经过较长的热解时间制备生物炭的过程三慢速 热解法对设备条件要求不高,反应条件较为温和,在固定床或移动床上就可以进行反应,通过普通的马弗炉控制温度就可以实现生产三Xiao 等[3]以氮气为保护气,以稻秆为原料,在马弗炉内制备生物炭三在升温速率为5℃/min 的条件下,他们考察了反应温度对产物的影响三结果表明,当反应温度为150℃时,生物炭的产率最高为93.9%三随着炭化温度的升高,生物炭的产率逐渐下降,其灰分含量逐渐升高,pH 值增大,芳香化程度明显增高,微孔结构更加完善三李敏等[4]分别在窑式二固定床和移动床三种设备中进行了生物炭的制备过程,考察不同反应温度及风量条件对热解过程的影响三结果表明,产物的分布和特性与反应器的种类有关,而热解炭化制备生物炭的关键因素是温度与风量三 1.2 快速热解 快速热解法是生物质在无氧或限氧条件下快速(103~104℃/s,)加热到较高反应温度(常压下500℃左右),从而使生物质大分子发生热解转化,生成气体小分子二挥发分以及焦油等产物的过程三该过程通常在流化床中进行三与慢速热解法相比,快速热解的升温速率快二加热时间短,生物油产率相对较高,而生物炭产率相对较低,且得到的生物炭密度高二偏酸