[发明专利]一种制备生物炭实现污泥和微塑料双减量的方法及应用

说明书

本发明公开了一种制备生物炭实现污泥和微塑料双减量的方法及应用，该方法包括剩余污泥和微塑料的预处理及控制聚苯乙烯塑料的加入量及剩余污泥联合聚苯乙烯塑料水热法制备生物炭等步骤，通过水热法制备生物炭实现污泥和微塑料减量化和资源化利用，同时制备的生物炭能够用于废水中抗生素的去除。

技术领域

本发明属于污泥和微塑料资源化利用制备生物炭及废水中有机物去除技术领域，具体涉及一种制备生物炭实现污泥和微塑料双减量的方法及应用。

背景技术

随着城市污水处理技术的快速发展，剩余污泥的排放量不断增加，传统处理处置方法已不能满足要求。目前的环保任务是要推进剩余污泥处理处置工作，尤其是污泥如何减量化和资源化利用是现如今亟待解决的环境问题，任重道远却又迫在眉睫。

剩余污泥由于有机质含量高可用来制备生物炭以实现减量化和资源化利用，其中水热法制备的污泥生物炭表面含有大量含氧官能团，污泥再利用空间大，并且反应条件温和，环境效益高，环保性能好，能够去除有机污染物。因此污泥水热法制炭是一种发展前景广阔的污泥资源化利用技术。

近年来，微塑料作为一种新型污染物，已受到研究人员的广泛关注。由于日常生活中塑料制品来源广泛，产生的塑料废弃物也不容小觑。研究表明，污水处理厂已成为微塑料的一个重要汇聚地和传输途径，微塑料经污水处理后，仍有超过90%以上会被截留在剩余污泥中。同时有研究表明微塑料可与有机污染物等形成复合污染，并在一定环境下释放污染物对生物体等造成影响。因此，研究污泥中的微塑料及其潜在环境风险对微塑料污染控制极其重要。

再加上现如今地表水抗生素污染也很严重，随着医疗畜牧业养殖业的发展，抗生素使用大量增加，导致污水有机污染越来越严重。所以研发安全高效、价格低廉的新型材料比如生物炭去除水体中的抗生素也是现如今的一个焦点。其中污泥水热法制备的生物炭通过活化过一硫酸盐（PMS）促进环境持久性自由基（EPFRs）反应生成活性氧（ROS），高效降解抗生素，缓解水污染问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种制备生物炭实现污泥和微塑料双减量的方法，该方法基于剩余污泥联合聚苯乙烯塑料（PS）通过水热法制备生物炭从而实现污泥和微塑料减量化和资源化利用，同时能够通过制备的生物炭实现废水中抗生素的去除，进而缓解持久性有机污染物的问题。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种制备生物炭实现污泥和微塑料双减量的方法，其具体步骤为：

步骤S1：剩余污泥和微塑料的预处理及控制聚苯乙烯塑料的加入量

污水处理厂的剩余污泥经自然风干72~96h，接着在烘箱中于80℃干燥48h，再用粉碎机粉碎过60目筛后，将所得污泥样品装入密封袋保存，微塑料选取聚苯乙烯塑料颗粒，首先将装有聚苯乙烯塑料的提筒放入液氮罐冷存3~7d，再取出放入粉碎机中并加入液氮后进行破碎处理，过60目筛后将所得粉末状聚苯乙烯塑料装入密封袋保存，最后将预处理过的聚苯乙烯塑料和剩余污泥按1:5~20的质量比进行充分混合备用；

步骤S2：剩余污泥联合聚苯乙烯塑料制备生物炭

将步骤S1充分混合的剩余污泥和聚苯乙烯塑料置于200mL以对位聚苯酚为内衬的不锈钢反应釜中，再加入去离子水，固液比控制在1g:5mL，再将反应釜密闭放进烘箱进行水热炭化反应，水热温度为160~240℃，水热时间为1~5h，最后待反应釜恢复常温，取出内衬，去除上清液，放进烘箱中于80℃干燥后研磨过100目筛，密封保存、备用，通过水热法制备生物炭实现污泥和微塑料减量化和资源化利用，同时制备的生物炭能够用于废水中抗生素的去除。

本发明所述的生物炭在去除水体中的抗生素的应用，其具体过程为：将剩余污泥联合聚苯乙烯塑料制备的生物炭加入到含有抗生素的水体中，再加入过一硫酸盐，然后置于恒温振荡器中于25 ℃恒温反应一定时间进行催化降解去除抗生素。

进一步限定，所述抗生素为氧氟沙星（OFX），剩余污泥联合聚苯乙烯塑料制备生物炭的投加量为6~9g/L，过一硫酸盐的添加量为1~5mmol/L。