AEP  >> Vol. 9 No. 5 (October 2019)

    生物炭對淀粉廢水的氮磷吸附效果
    Adsorption Effect of Biochar on Nitrogen and Phosphorus in Starch Wastewater

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作者:  

王光輝,賈占蓉,李金芳,肖 潔,劉攀亮:蘭州城市學院地理與環境工程學院,甘肅省礦區污染治理與生態修復工程研究中心,甘肅 蘭州

關鍵詞:
吸附淀粉廢水生物炭活性炭氨氮Adsorption Starch Wastewater Biochar Activated Carbon Ammonia Nitrogen Phosphorus

摘要:

使用生物炭、活性炭、研磨處理的生物炭對實驗室模擬淀粉廢水中氨氮、磷進行吸附處理,用紫外分光光度法對實驗水樣中氨氮及磷進行測定,得出:在常溫下25 mL的淀粉廢水中加入0.02 g生物炭時對氨氮的吸附效果最佳,加入0.06 g研磨處理的生物炭時對磷的吸附效果最佳。

Ammonia nitrogen and phosphorus in laboratory simulated starch wastewater were adsorbed with biochar, activated carbon and grinding biochar; and ammonia nitrogen and phosphorus in experimental water samples were determined by ultraviolet spectrophotometry. The results showed that the adsorption effect of ammonia nitrogen was the best when 0.02 g biochar was added to starch wastewater at room temperature, and the adsorption effect of phosphorus was the best when 0.06 g biochar was added to the starch wastewater at room temperature.

1. 引言

近年來為響應我國經濟發展的號召,在甘肅較為偏遠且干旱的地區結合當地氣候特點,加快發展馬鈴薯種植業,由此延伸出了很多的馬鈴薯加工行業,這些行業加工馬鈴薯的工藝落后,生產1噸薯類淀粉耗水量約為10~20 m3,并且缺乏基本的廢水處理設施。淀粉廢水中的主要污染物為糖類、蛋白質等有機污染物,如果不能得到妥善處置,將會給環境帶來巨大的危害 [1] [2] 。一則其所含有機質會自然發酵產生吲哚、H2S、NH3等氣體污染環境;二則其高濃度的有機質及氮、磷會引起水體富營養化,嚴重侵害水生動物,同時因有機質的氧化反應和微生物大量繁衍,耗盡水中溶解氧,導致水生生物缺氧窒息致死,嚴重污染相關水體及生態環境 [3] 。

對于馬鈴薯淀粉廢水的處理,目前國內主要采用的方法有生物處理法和物理化學處理法。其中生物處理法的啟動周期長、基礎設施建設費用高,且受氣溫等環境條件的影響大,因此實際推廣應用起來具有很大困難 [4] [5] 。物理化學法主要包括吸附法 [6] 、膜分離法 [7] 、絮凝沉淀法 [8] 等。

吸附法是利用多孔隙材料將廢水中的物質吸附,使得廢水得以有效處理的方法,該方法具有成本低、見效快、處理效果好等特點。生物炭是指生物質(木頭、糞便、樹葉等)在缺氧及低氧的情況下,經高溫慢熱解(通常<700℃)產生的一類難溶的、穩定的、高度芳香化的、富含碳素的固態物 [9] ,具有含碳量高、結構穩定、孔隙結構發達、比表面積大等特點,可以用于環境中污染物的吸附劑。目前,已有很多研究使用生物炭去除水中的污染物,主要有通過對生物炭改性后吸附處理Sb(III) [10] 、Pb2+ [11] 等金屬,均有一定的吸附效果,在農業方面的應用包括:在水稻上施用生物炭基肥料能夠促進水稻生長發育,提高水稻的產量 [12] ;半干旱地區草甸土玉米栽培過程中添加生物炭,對玉米產量均有促進作用 [13] 。

目前,有利用生物炭吸附土壤中的氨氮、磷的研究 [14] ,而對對淀粉廢水中氨氮、磷的吸附鮮有報道,因此本文以生物炭、活性炭為吸附劑,來吸附處理馬鈴薯加工后產生的淀粉廢水中的氨氮、磷,通過實驗來了解生物炭、活性炭對其吸附效果。

2. 材料與方法

2.1. 實驗藥品及儀器

本實驗中所用到的鉬酸銨、酒石酸銻鉀、濃硫酸、抗壞血酸、磷酸二氫鉀、氯化銨、水楊酸、酒石酸鉀鈉、次氯酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鋅、氫氧化鉀、無水乙醇、亞硝基鐵氰化鈉等藥劑均為優級純。

生物炭是在670℃、缺氧條件下稻谷外殼燃燒制得,制作淀粉廢水的馬鈴薯為普通市場購買。

儀器包括常州國華電器有限公司生產的THZ-82型恒溫振蕩器,北京普析通用儀器有限責任公司生產的TU-1810型紫外可見分光光度計等。

2.2. 實驗方法

從市場購買馬鈴薯,將其洗凈磨碎,然后以質量比1:4的比例將馬鈴薯與水混合均勻,攪拌30 min,用篩網過濾,靜置30 min,既得馬鈴薯淀粉廢水;取一定量的吸附劑加入到25 mL的淀粉廢水中,于25℃、120 r/min條件下,在恒溫振蕩器中震蕩5 min,靜置、過濾取上清液測定氨氮、磷的含量。

2.3. 氨氮、磷的測定方法

淀粉廢水中的氨氮通過水楊酸–次氯酸鹽分光光度法 [15] 測定:移取1 ml的樣品溶液至25 mL比色管中,分別加入水楊酸-酒石酸鉀鈉溶液,混勻;稀釋至25 mL標線,混勻放置1 h后,在波長697 nm處測其吸光度,根據回歸方程計算氨氮含量。磷通過鉬銻抗分光光度法 [16] 測定:移取25 mL處理后的水樣至50 mL比色管中,加1 mL混合試劑,搖勻后,放置10 min,加水稀釋至刻度50 mL再搖勻,放置10 min,于波長880 nm處測定吸光度。

3. 實驗數據分析

根據上述方法制備淀粉廢水,測得其濁度為156.3,pH為6.58,氨氮含量為1.7185 μg/mL,磷含量為0.0977 μg/mL 。

3.1. 生物炭與活性炭處理淀粉廢水后的氨氮和磷含量的對比

表1可知,使用生物炭對淀粉廢水中的氨氮及磷進行吸附處理均有一定的效果,所填加生物炭質量變化氨氮、磷含量無明顯的線性關系,但可清楚的得出當生物炭加入0.02 g時,生物炭對廢水中氨氮的吸附效果最佳,去除率為40%;加入生物炭0.06 g時,對廢水中磷的吸附效果最佳,去除率為28%。

Table 1. Comparison of ammonia nitrogen and phosphorus content after treatment of starch wastewater with biochar and activated carbon

表1. 生物炭與活性炭對比處理淀粉廢水后氨氮、磷含量

活性炭對淀粉廢水中的氨氮吸附效果不佳,而對磷有較好的吸附,所填加活性炭質量變化與氨氮和磷含量無明顯的線性關系,但可從表中得出當活性炭加入0.04 g時,活性炭對廢水中氮的吸附效果最佳,去除率為5%;加入活性炭0.01 g時,活性炭對廢水中磷的吸附效果最佳,去除率為52%。

綜合對比生物炭與活性炭對廢水中氮磷的吸附效果,在加入相同量的情況下,可得到:對于淀粉廢水中的氨氮,生物炭對其吸附效果更好;對于磷,活性炭對其吸附效果更好。

3.2. 研磨處理后生物炭對淀粉廢水中氨氮和磷的吸附

表2可知,從整體上看,研磨處理的生物碳對淀粉廢水中的氨氮和磷均有一定的吸附效果,且處理效果比未研磨的生物碳處理的要好。當加入研磨的生物碳0.06 g時,處理后的淀粉廢水中的氨氮和磷的含量最低;加入0.02 g處理后,淀粉廢水中磷的含量降到最低。

Table 2. Treatment of nitrogen and phosphorus in starch wastewater after biochar grinding

表2. 生物炭研磨后處理淀粉廢水氮磷含量

總體上來說,對于氨氮:未研磨處理的生物炭對其最大去除率比研磨處理后的要大;對于磷,經過研磨處理后的生物炭對其去除率最大,為55%,可能是由于研磨后生物炭物理結構發生變化,孔隙數量、比表面積增加導致了吸附效果的變化。

4. 結論

通過生物炭、活性炭、研磨處理后的生物炭對淀粉廢水進行吸附處理,得出:在常溫下向25 mL淀粉廢水中加入不同的吸附劑,于恒溫振蕩器內以120 r/min條件下,震蕩5 min,靜置、過濾取上清液測相應指標。當加入0.02 g生物炭時對氨氮的吸附處理效果最佳,去除率為40%,加入0.06 g研磨處理的生物炭時對磷的處理效果最佳,去除率為55%。

可見生物炭對淀粉廢水中的氨氮及磷有一定的吸附效果,雖說不能將其完全去除,但是生物炭可以利用作物在缺氧條件下燃燒而制得,價格便宜,方便取材。因此,此方法作為淀粉廢水處理的預處理,或者將該方法與其他處理方法結合將會對淀粉廢水有一個更好的處理。

基金項目

蘭州城市學院2017年本科生科研創新基金項目。

NOTES

*通訊作者。

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文章引用:
王光輝, 賈占蓉, 李金芳, 肖潔, 劉攀亮. 生物炭對淀粉廢水的氮磷吸附效果[J]. 環境保護前沿, 2019, 9(5): 664-668. https://doi.org/10.12677/AEP.2019.95089

參考文獻

[1] 周慶鋒. 馬鈴薯淀粉產業現狀及發展分析[C]//中國作物學會. 馬鈴薯產業與小康社會建設. 中國作物學會馬鈴薯專業委員會, 2014: 6.
[2] 李樹君, 謝安, 林亞玲, 等. 馬鈴薯淀粉廢水處理技術[J]. 農業機械學報, 2010, 41(s1): 191-194.
[3] 李芳蓉, 賀莉萍, 王英, 安志剛, 童丹, 劉玲玲. 馬鈴薯淀粉生產廢水資源化處理及綜合利用[J]. 糧食與飼料工業, 2018(6): 31-37.
[4] 張玉斌, 王友玲. 熱帶假絲酵母菌處理馬鈴薯淀粉廢水的研究[J]. 安徽農業科學, 2013, 41(20): 8698-8699.
[5] 顏東方, 贠建民. 馬鈴薯淀粉廢水生產微生物絮凝劑菌株篩選及其營養條件優化[J]. 農業工程學報, 2013, 29(3): 198-206.
[6] 陳俠, 張翠菊, 欒少燕. 活性炭吸附法處理淀粉廢水的試驗研究[J]. 安徽農業科學, 2013, 41(12): 5524-5525.
[7] 呂建國. 膜生物反應器處理馬鈴薯淀粉工藝廢水[J]. 環境工程學報, 2010, 4(8): 1776-1778.
[8] 王有樂, 張寶茸, 范志明. 化學絮凝劑預處理馬鈴薯淀粉廢水的比較研究[J]. 環境科學與技術, 2010, 33(2): 165-169.
[9] 袁帥, 趙立欣, 孟海波, 等. 生物炭主要類型、理化性質及其研究展望[J]. 植物營養與肥料學報, 2016, 22(5): 1402-1417.
[10] 李佳霜, 冒國龍, 趙松炎, 胥思勤. 改性生物炭對Sb(III)的吸附行為及機理[J]. 化工環保, 2018, 38(5): 546-551.
[11] 喻鵬, 尚艷雪. Fe-NH4Cl改性南荻生物炭對Pb 2+吸附性能研究[J]. 環境科學與技術, 2018, 41(S1): 93-98.
[12] 劉善良, 常春麗, 蒲加軍, 蒲加興, 朱永紅, 向蓉, 周濤, 張亞飛, 蒲加勝. 生物炭基肥料在水稻上應用效果研究[J]. 現代農業技, 2019(15): 5-6.
[13] 王智慧, 殷大偉, 王洪義, 趙長江, 李佐同. 生物炭對土壤養分、酶活性及玉米產量的影響[J]. 東北農業科學, 2019, 44(3): 14-19.
[14] 南紅巖. 園林廢棄物生物炭對氮磷的吸附特性及其對土壤氮磷的淋溶影響[D]: [碩士學位論文]. 重慶: 重慶大學, 2017.
[15] 國家環境保護總局, 水和廢水監測分析方法編委會. 水和廢水監測分析方法[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2002: 281.
[16] 國家環境保護總局. 水和廢水監測分析方法[M]. 第4版, 北京: 中國環境科學出版社, 2012: 243-247.