生物炭对沼液中氨氮的吸附效果研究

时晓旭王聪高梦柯

摘要：以废弃果树枝制备的生物炭（苹果枝炭和梨枝炭）为对象，研究吸附时间、种类、投加量、外观性状对沼液中氨氮吸附效果的影响.结果表明：沼液中氨氮去除率随着生物炭用量的增加而升高，最佳投加量为20g/L，60min内基本达到吸附饱和；不同原料制得的生物炭的吸附能力有所差别，苹果枝生物炭的吸附能力要强于梨枝生物炭：生物炭的外观性状对吸附能力的影响不明显。

关键词：生物炭 沼液 氨氮 吸附

中图分类号：X712文献标识码：A文章编号：1674-1161（2015）02-0003-03

随着规模化养殖的不断发展，大中型养殖业的粪污处理问题也逐渐显露出来。畜禽粪便随意排放会严重影响周边环境，而大中型沼气工程是解决问题的最佳途径。然而，厌氧发酵产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会使水体甯养化，对环境造成二次污染。因此，在实际T程实践中，为了使沼液达到安全排放标准，需要加入其他的处理单元，如利用植物、湿地系统等深度处理发酵废液。这些方法尽管有效，但是会耗费大量资金和土地，处理不当还会污染环境。吸附法是较简单、经济的处理污水的方法之一，生物炭以其丰富的孑L隙结构和较高的比表面积成为理想的吸附材料。研究表明：生物炭刈‘各类污染物都有一定的吸附作用。

为合理利用农业废弃物，防止资源浪费和焚烧等造成的环境污染，本文以修剪废弃果树枝条为原料，将其在一定条件下热解制备成为生物炭，尝试利用果树枝生物炭的吸附特性吸附水体中的污染物，达到净化水质的目的。主要考察苹果枝和梨枝制备的生物炭对沼液中氨氮的吸附效果，为生物炭的实际应用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

苹果枝炭：苹果枝取白沈阳农业大学北山果树科研基地，取回后经去离子水洗涤去杂质，晒干后裁剪为长约1.5cm的小段，用坩埚盛装、压实，放人马弗炉中在600℃下热解炭化，滞留30min，制得生物炭。将其中一部分研磨后过60目筛，以下简称AT：未研磨部分简称BA。

梨枝炭：梨枝取自沈阳农业大学北山果树科研基地，制备方法同苹果枝炭。将其中一部分研磨后过60目筛，以下简称PT；未研磨部分简称BP。

沼液：采集于沈阳周边某沼气工程沼液储存池

1.2生物炭对沼液中氨氮吸附性能研究方法

1.21不同吸附时间对吸附性能的影响向2组碘量瓶中加入200mL沼液.并分别加入4gAT和PT，加塞后放人恒温振荡培养箱，在5℃.200r/min条件下振荡。每隔15min测定氨氮含量，直至120Inin为止

1.2.2不同投加量对吸附性能的影响向6组装有200mL沼液的碘量瓶中分别投加2，3，4，5，6，7gAT，加塞后放人恒温振荡培养箱，在25cc，200r/min条件下振荡一定时间后取出，测定氨氮含量。

1.2.3不同外观性状对吸附性能的影响向装有200mL沼液的碘量瓶中分别投加2gAT和BA，加塞后放入恒温振荡培养箱，在25℃，200r/min条件下振荡一定时间后取出，测定氨氮含量。

1.3沼液中氨氮含量分析方法

参照HJ535-2009纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量，氨氮浓度计算公式为：

式中：pN为水样中氨氮的质量浓度，mg/L；A、为水样的吸光度；AA为空白试验的吸光度；a为校准曲线的截距；6为校准曲线的斜率；v为试样的体积，mL。

1.4数据分析方法

试验数据经过异常值剔除后，用Excel软件进行分析。

2结果与分析

2.1吸附时间对生物炭吸附氨氮效果的影响

不同吸附时间内生物炭对氨氮的吸附效果如图1所示。

由图1可见：2组吸附试验中氨氮浓度随时间的变化均表现出相似的变化趋势，即随着时间的增加氨氮的浓度先逐渐降低，在前40min氨氮浓度降低速率较快，随后氨氮浓度逐渐趋于稳定，在60min基本达到平衡。前段时间氨氮浓度降低较快是因为生物炭具有一定吸附氨氮的能力，随着吸附的持续进行，逐渐达到生物炭的最大吸附能力，氨氮浓度降低趋势开始减缓，最终在平衡点附近上下波动，表明生物炭对氨氮的吸附在一定条件下可以逆向进行。

2.2投加量对生物炭吸附氨氦效果的影响

不同生物炭投加量对氨氮的吸附效果如图2所示。

由图2可见：生物炭的投加量与氨氮的吸附效果是正相关的，但不是正比关系。在生物炭投加量小于20g/L时，氨氮吸附量随生物炭用量的增加而显著增加；投加量大于20g/L后，氨氮吸附量随生物炭用量的增加而缓增。这是因为沼液中氨氮浓度一定，生物炭的投加量越多，可提供的吸附点位越多，氨氮就越容易与吸附剂上的活性位点结合而被吸附，氨氮吸附量就越大；但随着生物炭浓度的增加，其表面活性点位会产生竞争吸附，使得单位面积上的氨氮吸附量逐渐减少。综合考虑，确定生物炭的最佳投加量为20g/L。

2.3外观性状对生物炭吸附氨氮效果的影响

不同外观性状的生物炭对氨氮的吸附效果如图3所示。

由图3可见：AT和BA对沼液中氨氮的吸附趋势相同，在60min时基本达到吸附平衡。吸附过程中，AT的吸附效果略优于BT，可能是因为相同质量条件下，AT的比表面积要大于BT，可以更快、更好地吸附。

2.4制备原料对生物炭吸附氨氮效果的影响

不同制备原料的生物炭对氨氮的吸附效果见表1。

由表1可知：在25℃、沼液浓度基本相同的条件下，苹果枝制得的生物炭对氨氮的去除效果要优于梨枝制成的生物炭，去除率可达到22.14%。造成这种吸附能力差别的原因是生物质原料的不同。一方面，不同来源及不同条件下制备的生物炭的疏水性、比表面积、孔隙结构、表面官能团组成等性状差异比较明显，这些性质是影响生物炭吸附能力的重要因素：另一方面，不同原料的化学组成影响了生物炭的元素组成和含量，生物炭中的元素含量和其原料中的元素含量呈线性相关

3结论

1）生物炭对氨氮的吸附在60min内持续进行，并达到吸附饱和状态。对于氨氮含量为450mg/L的沼液，在相同条件下，苹果枝炭的吸附效果较优。生物炭的外观性状对其吸附性能的影响不显著。苹果枝炭用量为10—35g/L时，氨氮吸附量随其用量的增加而增加，单位生物炭吸附量随之减小。在生物炭最佳投加量20g/L时，氨氮去除率为21.9%。

2）果树枝生物炭原料易得、丁艺简单、成本较低，对氨氮等污染物具有一定吸附效果。但试验中处理后的沼液氨氮浓度水平并未达到要求的25mg/L的排放标准，仍需进一步研究生物炭的制备及改性，以达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