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沼渣制备生物炭吸附沼液中氨氮

郑杨清1,郁强强1,王海涛1,王远鹏1,何宁1,沈亮1,李清彪1,2
(1 厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建 厦门 361005;2 泉州师范学院化学与生命科学学院,福建 泉州 362000)

摘要:以生物产甲烷的副产物沼渣为原料,用5 种不同的方法通过化学活化法制备生物炭,实验结果表明5 种生物炭对沼液中的氨氮都有吸附效果,而氢氧化钾活化制备的生物炭(KOH-CC)对氨氮的吸附效果相对较好,吸附剂对氨氮的吸附符合准二级吸附动力学,吸附等温线表现为Langmuir 型,通过拟合计算最大吸附容量能达到120 mg·g−1。对生物炭进行BET、扫描电镜及红外等表征,分析了KOH-CC 生物炭吸附氨氮过程的作用机理。
    关键词:甲烷;沼渣;生物炭;吸附;氨氮;吸附剂
    DOI:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.05.042
    中图分类号:X 703.1 文献标志码:A 文章编号:0438—1157(2014)05—1856—06

Preparation of biochars from biogas residue and adsorption of ammonia-nitrogen in biogas slurry
    ZHENG Yangqing1, YU Qiangqiang1, WANG Haitao1, WANG Yuanpeng1, HE Ning1, SHEN Liang1, LI Qingbiao1,2
    (1Department of Chemical and Biochemical Engineering,School of Chemistry and Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen361005,Fujian,China;2School of Chemistry and Life Science,Quanzhou Normal University,Quanzhou 362000, Fujian,China)
    Abstract:Five types of biochars were prepared through chemical activation utilizing fermentation residue frombiogas plants. NaOH, KOH, H2SO4, H3PO4 and ZnCl2 were used as chemical activating agents. Biochars could absorb ammonia-nitrogen in biogas slurry. Biochar derived from KOH treatment (KOH-CC) showed better adsorption efficiency than the others. The adsorption process followed pseudo-second-order kinetics, and the
adsorption isotherm could be fitted to Langmuir equation. Simulation test indicated that the maximum adsorption capacity could reach 120 mg·g−1. The properties of KOH-CC were characterized by BET, SEM, XRD and FTIR. The machanism of ammonia-nitrogen adsorption was discussed.
    Key words:methane;biogas residue; biochar; adsorption; ammonia-nitrogen; sorbent引 言
    在生物产甲烷系统中,以猪粪或秸秆为原料其转化率为10%~20%[1],意味着生物甲烷系统中,沼液沼渣是该系统的主要副产物。沼液沼渣无害化、资源化处理的效果与成本是影响生物甲烷系统的经济和社会效益的关键。
    产甲烷是一个复杂的有机物厌氧分解过程,导致排放的废水中含有高氨氮、磷酸盐、重金属等污染物。目前已报道用于沼液处理的方法有化学法、反渗透法、蒸发浓缩法、电解法、电渗透法、生物法和吸附法等。其中吸附法具有低能耗、高效率等优点,但是吸附剂成本较高、吸附饱和后失效等问题,限制了吸附法的应用。

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