本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種利用污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑去除水中結(jié)晶紫染料的方法。

背景技術(shù)：

目前,許多合成染料通過多種渠道(紡織、皮革、紙、印刷、食品、化妝品、油漆、顏料、石油、溶劑、橡膠、塑料、農(nóng)藥等)進(jìn)入水中，一般來說，含10-200mg/l染料的水排放到自然水體會對生物體造成毒害、致癌或是引起誘變。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難降解等特性，染料難以脫色，這使得必須從水中去除染料。

結(jié)晶紫(cv)作為一種典型的陽離子染料，具有多種用途:生物染色劑、用于皮膚病的治療、家畜和家禽飼料的添加劑用來抑制霉菌的繁殖、消滅腸道寄生蟲和真菌等作用。染料水通常采用物理或化學(xué)處理過程，然而，這些技術(shù)通常對于顏色去除效果不佳、費用高而且處理染料水有很大的局限性。作為去除染料最有效的方法，吸附法廣泛用于染料污染物的去除。生物質(zhì)炭是一種典型的生物吸附劑，是指由富含碳的生物質(zhì)通過裂解或者不完全燃燒生成的一種生物質(zhì)。根據(jù)加熱方式不同，利用生物質(zhì)原材料制備生物質(zhì)炭分為兩種，一種是熱裂解方式，是指在較高溫度和隔絕空氣條件下將生物質(zhì)慢速加熱并停留幾小時到幾天時間，得到的產(chǎn)物叫裂解生物質(zhì)炭；一種是生物質(zhì)水熱炭化的方式，是以水為反應(yīng)介質(zhì)，將密閉反應(yīng)器內(nèi)的生物質(zhì)低溫加熱反應(yīng)若干時間，得到產(chǎn)物叫水熱生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積以及豐富的表面官能團等特點，這使生物質(zhì)炭在生物吸附領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

城市污泥生物可利用性差，含水率高達(dá)99％以上，大多為細(xì)胞束縛水，而且常規(guī)方法很難脫除掉，極大制約了剩余污泥的運輸及資源化利用。生物質(zhì)水熱炭化處理一方面很容易破壞微生物細(xì)胞，使污泥中的有機物水解，隨著水熱反應(yīng)溫度和壓力的增加，顆粒間碰撞增大導(dǎo)致膠體機構(gòu)的破壞，實現(xiàn)固形物和液體分開；另一方面還可以實現(xiàn)污泥的減量化、資源化、無害化和穩(wěn)定化。污泥作為一種產(chǎn)量巨大的高含水率廢棄生物質(zhì)，其生物質(zhì)水熱炭化具有污染防治和碳減排的雙重效益。如果將污泥用于制備生物質(zhì)水熱炭，其前景非常廣闊。

在本專利中，提供了利用市政污泥制備生物質(zhì)水熱炭吸附劑去除印染水中結(jié)晶紫的有效方法，不僅可以減輕污泥處理不善而對環(huán)境造成的二次污染，還可以變廢為寶，去除水中的結(jié)晶紫染料，以廢治廢，實現(xiàn)污泥資源的有效利用和水環(huán)境保護(hù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高效環(huán)保的利用污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附去除水中結(jié)晶紫染料的方法。

一種污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，其制備方法包括以下步驟：

將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm，稱取25-100g污泥顆粒，加400-475ml水配制泥水混合溶液，并用0.1mol/l的hcl和naoh溶液調(diào)節(jié)上述泥水混合溶液的ph值至5-9，放入反應(yīng)釜中，蓋上反應(yīng)釜蓋，向反應(yīng)釜中通氮氣3分鐘，使釜體中形成無氧環(huán)境，在180-240℃下反應(yīng)3-9小時生成污泥基生物質(zhì)水熱炭，離心并用水清洗數(shù)次，干燥，即得到污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑。

所述污泥是高碑店污水廠的剩余污泥，含水率達(dá)99.6％。

配制泥水混合溶液時固液比即污泥顆粒(g)：水(g)為1:19-1:4。

上述污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑用于去除水中的結(jié)晶紫染料。

將污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑加入到初始濃度為50-250mg/l的結(jié)晶紫染料水中，在10-30℃條件下震蕩吸附24h，離心使固液分離。將液體收集到廢液桶，統(tǒng)一處理。

上述污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑用于去除水中結(jié)晶紫染料時，投加量優(yōu)選2-10g/l，吸附溫度優(yōu)選20℃。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明的污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑具有極好的吸附性能,對水中結(jié)晶紫有很高的去除率，20℃時可去除水中98％以上的結(jié)晶紫。

(2)與化學(xué)沉淀、膜分離、氧化還原、生物降解等方法相比，本發(fā)明的利用污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附去除水中結(jié)晶紫染料的方法，操作簡單，成本低廉，無二次污染，具有產(chǎn)業(yè)化前景。

(3)本發(fā)明制備的污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，不僅減輕了環(huán)境負(fù)荷，同時為城市污泥的利用提供了新途徑，實現(xiàn)了污泥的資源化利用和水環(huán)境保護(hù)。

附圖說明

圖1為吸附劑投加量對污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附去除結(jié)晶紫效果的影響。

圖2為溫度對污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附去除結(jié)晶紫的影響。

圖3為結(jié)晶紫初始濃度對污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附去除結(jié)晶紫效果的影響。

圖4為污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附結(jié)晶紫的langmuir吸附等溫線。

圖5為污泥基生物質(zhì)水熱炭的掃描電鏡圖片

具體實施方式

實例一：將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm備用。稱取50g污泥顆粒，加450ml水，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液將泥水混合溶液的ph值調(diào)至9，在180℃下反應(yīng)3h，將產(chǎn)物取出后離心使固液分離，再用清水洗數(shù)次，將固體取出在105℃下干燥24h,得到1號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，產(chǎn)率為44.80％。

取1號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑加入到初始濃度為150mg/l的結(jié)晶紫染料水中，吸附劑投加量分別為2、4、6、8、10g/l，即25ml結(jié)晶紫溶液分別對應(yīng)0.05、0.10、0.15、0.20、0.25g吸附劑，在20℃條件下震蕩吸附24h，離心使固液分離。將液體收集到廢液桶，統(tǒng)一處理。

吸附劑投加量對結(jié)晶紫去除效果的影響如圖1所示。

實例二：將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm備用。稱取50g污泥顆粒，加450ml水，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液將泥水混合溶液的ph值調(diào)至7，在180℃下反應(yīng)3h，將產(chǎn)物取出后離心使固液分離，再用清水洗數(shù)次，將固體取出在105℃下干燥24h,得到2號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，產(chǎn)率為44.50％。

取2號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑加入到初始濃度為150mg/l的結(jié)晶紫染料水中，吸附劑投加量為6g/l，即25ml結(jié)晶紫溶液對應(yīng)0.15g吸附劑，分別在10、15、20、25、30℃條件下震蕩吸附24h，離心使固液分離。將液體收集到廢液桶，統(tǒng)一處理。

反應(yīng)溫度對結(jié)晶紫去除效果的影響如圖2所示。

實例三：將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm備用。稱取100g污泥顆粒，加400ml水，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液將泥水混合溶液的ph值調(diào)至9，在180℃下反應(yīng)3h，將產(chǎn)物取出后離心使固液分離，再用清水洗數(shù)次，將固體取出在105℃下干燥24h,得到3號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，產(chǎn)率為46.20％。

取3號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑加入到初始濃度為50、100、150、200、250mg/l的結(jié)晶紫染料水中，吸附劑投加量為6g/l，即25ml結(jié)晶紫溶液對應(yīng)0.15g吸附劑，在20℃條件下震蕩吸附24h，離心使固液分離。將液體收集到廢液桶，統(tǒng)一處理。

結(jié)晶紫初始濃度對結(jié)晶紫去除效果的影響如圖3所示。

實例四：將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm備用。稱取100g污泥顆粒，加400ml水，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液將泥水混合溶液的ph值調(diào)至7，在180℃下反應(yīng)3h，將產(chǎn)物取出后離心使固液分離，再用清水洗數(shù)次，將固體取出在105℃下干燥24h,得到4號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，產(chǎn)率為45.60％。

取4號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑加入到初始濃度為50、100、150、200、250mg/l的結(jié)晶紫染料水中，吸附劑投加量為6g/l，即25ml結(jié)晶紫溶液對應(yīng)0.15g吸附劑，分別在10、20、30℃條件下震蕩吸附24h，離心使固液分離。將液體收集到廢液桶，統(tǒng)一處理。

吸附結(jié)果用langmuir吸附等溫線擬合，10℃、20℃、30℃下的吸附等溫線如圖4所示，擬合參數(shù)如表1所示。從圖4和表1可以看出，langmuir模型對污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑吸附結(jié)晶紫染料的等溫吸附試驗數(shù)據(jù)的擬合效果很好。從表1可以看出，污泥基生物質(zhì)炭在高溫下對結(jié)晶紫的吸附效果較好，表明本發(fā)明的工藝流程對操作條件及設(shè)備要求低，是一種經(jīng)濟、節(jié)約能源的處理含結(jié)晶紫水的方法，適于推廣與應(yīng)用。由langmuir等溫線計算得到30℃條件下污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑對結(jié)晶紫的最大單分子層吸附量q0是76.92mg/g，說明本發(fā)明的污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑是一種去除水中結(jié)晶紫的廉價而高效的吸附劑。

實例五：將污泥離心進(jìn)行初步脫水，經(jīng)干燥、研磨，篩分至350-850μm備用。稱取100g污泥顆粒，加400ml水，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液將泥水混合溶液的ph值調(diào)至5，在180℃下反應(yīng)3h，將產(chǎn)物取出后離心使固液分離，再用清水洗數(shù)次，將固體取出在105℃下干燥24h,得到5號污泥基生物質(zhì)水熱炭吸附劑，產(chǎn)率為44.20％。

本實施例污泥基生物質(zhì)水熱炭的掃描電鏡圖片如圖5所示，由圖可看出，污泥基生物質(zhì)炭的形態(tài)類似于疏松的絮體，可以看到具有發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)，表面深淺不一，凹凸不平，十分粗糙，有利于吸附劑對污染物的吸附。

表1langmuir吸附等溫線參數(shù)