生物炭對沼液中氨氮的吸附效果研究

時曉旭王聰高夢柯

摘要：以廢棄果樹枝制備的生物炭（蘋果枝炭和梨枝炭）為對象，研究吸附時間、種類、投加量、外觀性狀對沼液中氨氮吸附效果的影響.結(jié)果表明：沼液中氨氮去除率隨著生物炭用量的增加而升高，最佳投加量為20g/L，60min內(nèi)基本達到吸附飽和；不同原料制得的生物炭的吸附能力有所差別，蘋果枝生物炭的吸附能力要強于梨枝生物炭：生物炭的外觀性狀對吸附能力的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：生物炭 沼液 氨氮 吸附

中圖分類號：X712文獻標識碼：A文章編號：1674-1161（2015）02-0003-03

隨著規(guī)?；B(yǎng)殖的不斷發(fā)展，大中型養(yǎng)殖業(yè)的糞污處理問題也逐漸顯露出來。畜禽糞便隨意排放會嚴重影響周邊環(huán)境，而大中型沼氣工程是解決問題的最佳途徑。然而，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液中含有大量的氮、磷及腐殖酸等，大量沼液直接排放到河流中會使水體甯養(yǎng)化，對環(huán)境造成二次污染。因此，在實際T程實踐中，為了使沼液達到安全排放標準，需要加入其他的處理單元，如利用植物、濕地系統(tǒng)等深度處理發(fā)酵廢液。這些方法盡管有效，但是會耗費大量資金和土地，處理不當(dāng)還會污染環(huán)境。吸附法是較簡單、經(jīng)濟的處理污水的方法之一，生物炭以其豐富的孑L隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積成為理想的吸附材料。研究表明：生物炭刈‘各類污染物都有一定的吸附作用。

為合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物，防止資源浪費和焚燒等造成的環(huán)境污染，本文以修剪廢棄果樹枝條為原料，將其在一定條件下熱解制備成為生物炭，嘗試利用果樹枝生物炭的吸附特性吸附水體中的污染物，達到凈化水質(zhì)的目的。主要考察蘋果枝和梨枝制備的生物炭對沼液中氨氮的吸附效果，為生物炭的實際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

蘋果枝炭：蘋果枝取白沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)北山果樹科研基地，取回后經(jīng)去離子水洗滌去雜質(zhì)，曬干后裁剪為長約1.5cm的小段，用坩堝盛裝、壓實，放人馬弗爐中在600℃下熱解炭化，滯留30min，制得生物炭。將其中一部分研磨后過60目篩，以下簡稱AT：未研磨部分簡稱BA。

梨枝炭：梨枝取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)北山果樹科研基地，制備方法同蘋果枝炭。將其中一部分研磨后過60目篩，以下簡稱PT；未研磨部分簡稱BP。

沼液：采集于沈陽周邊某沼氣工程沼液儲存池

1.2生物炭對沼液中氨氮吸附性能研究方法

1.21不同吸附時間對吸附性能的影響向2組碘量瓶中加入200mL沼液.并分別加入4gAT和PT，加塞后放人恒溫振蕩培養(yǎng)箱，在5℃.200r/min條件下振蕩。每隔15min測定氨氮含量，直至120Inin為止

1.2.2不同投加量對吸附性能的影響向6組裝有200mL沼液的碘量瓶中分別投加2，3，4，5，6，7gAT，加塞后放人恒溫振蕩培養(yǎng)箱，在25cc，200r/min條件下振蕩一定時間后取出，測定氨氮含量。

1.2.3不同外觀性狀對吸附性能的影響向裝有200mL沼液的碘量瓶中分別投加2gAT和BA，加塞后放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱，在25℃，200r/min條件下振蕩一定時間后取出，測定氨氮含量。

1.3沼液中氨氮含量分析方法

參照HJ535-2009納氏試劑分光光度法測定氨氮含量，氨氮濃度計算公式為：

式中：pN為水樣中氨氮的質(zhì)量濃度，mg/L；A、為水樣的吸光度；AA為空白試驗的吸光度；a為校準曲線的截距；6為校準曲線的斜率；v為試樣的體積，mL。

1.4數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過異常值剔除后，用Excel軟件進行分析。

2結(jié)果與分析

2.1吸附時間對生物炭吸附氨氮效果的影響

不同吸附時間內(nèi)生物炭對氨氮的吸附效果如圖1所示。

由圖1可見：2組吸附試驗中氨氮濃度隨時間的變化均表現(xiàn)出相似的變化趨勢，即隨著時間的增加氨氮的濃度先逐漸降低，在前40min氨氮濃度降低速率較快，隨后氨氮濃度逐漸趨于穩(wěn)定，在60min基本達到平衡。前段時間氨氮濃度降低較快是因為生物炭具有一定吸附氨氮的能力，隨著吸附的持續(xù)進行，逐漸達到生物炭的最大吸附能力，氨氮濃度降低趨勢開始減緩，最終在平衡點附近上下波動，表明生物炭對氨氮的吸附在一定條件下可以逆向進行。

2.2投加量對生物炭吸附氨氦效果的影響

不同生物炭投加量對氨氮的吸附效果如圖2所示。

由圖2可見：生物炭的投加量與氨氮的吸附效果是正相關(guān)的，但不是正比關(guān)系。在生物炭投加量小于20g/L時，氨氮吸附量隨生物炭用量的增加而顯著增加；投加量大于20g/L后，氨氮吸附量隨生物炭用量的增加而緩增。這是因為沼液中氨氮濃度一定，生物炭的投加量越多，可提供的吸附點位越多，氨氮就越容易與吸附劑上的活性位點結(jié)合而被吸附，氨氮吸附量就越大；但隨著生物炭濃度的增加，其表面活性點位會產(chǎn)生競爭吸附，使得單位面積上的氨氮吸附量逐漸減少。綜合考慮，確定生物炭的最佳投加量為20g/L。

2.3外觀性狀對生物炭吸附氨氮效果的影響

不同外觀性狀的生物炭對氨氮的吸附效果如圖3所示。

由圖3可見：AT和BA對沼液中氨氮的吸附趨勢相同，在60min時基本達到吸附平衡。吸附過程中，AT的吸附效果略優(yōu)于BT，可能是因為相同質(zhì)量條件下，AT的比表面積要大于BT，可以更快、更好地吸附。

2.4制備原料對生物炭吸附氨氮效果的影響

不同制備原料的生物炭對氨氮的吸附效果見表1。

由表1可知：在25℃、沼液濃度基本相同的條件下，蘋果枝制得的生物炭對氨氮的去除效果要優(yōu)于梨枝制成的生物炭，去除率可達到22.14%。造成這種吸附能力差別的原因是生物質(zhì)原料的不同。一方面，不同來源及不同條件下制備的生物炭的疏水性、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團組成等性狀差異比較明顯，這些性質(zhì)是影響生物炭吸附能力的重要因素：另一方面，不同原料的化學(xué)組成影響了生物炭的元素組成和含量，生物炭中的元素含量和其原料中的元素含量呈線性相關(guān)

3結(jié)論

1）生物炭對氨氮的吸附在60min內(nèi)持續(xù)進行，并達到吸附飽和狀態(tài)。對于氨氮含量為450mg/L的沼液，在相同條件下，蘋果枝炭的吸附效果較優(yōu)。生物炭的外觀性狀對其吸附性能的影響不顯著。蘋果枝炭用量為10—35g/L時，氨氮吸附量隨其用量的增加而增加，單位生物炭吸附量隨之減小。在生物炭最佳投加量20g/L時，氨氮去除率為21.9%。

2）果樹枝生物炭原料易得、丁藝簡單、成本較低，對氨氮等污染物具有一定吸附效果。但試驗中處理后的沼液氨氮濃度水平并未達到要求的25mg/L的排放標準，仍需進一步研究生物炭的制備及改性，以達到更好的氨氮吸附效果。

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ResearchontheAbsorptionEffectofBiochartoAmmoniaNitrogeninBiogasFluid

SHIXiaoxu，WANGCong，GAOMengke

Abstract：Usingahandonedbranchesoffruittreetomakebiochar（appleandpeartreebranchesbiochar），tostudytheinfluenceoftheadsorph（Jileffectoftheammonianitrogeninbiogasfluidbytime，type，addingquantityandappearanceproperty.Theresultshowsthatwiththeamountincreasingofbiochar，theremovalrateofammonianitrogenincreased，thebestaddingamountis20g/L.itcanreatchadsorptionsaturationwithin60min；theadsorptionabilityofbiocharmadefromdifferentrawmaterialisdifferent，biocharmadefromappletreebranchesarebetterthanpearintheabilityofadsorption；theappearanceofbiocharhasnoobviousinfluencetoitsatlsorptionability.

Keywords：biuchar；hiogasfluid；ammomanitrogen；adsorption