农业废弃生物质在废水处理中的应用研究进展.pdf
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1、合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 3 期119农业废弃生物质在废水处理中的应用研究进展*刘凯楠,李国峰,云 梁,李 帅(新疆应用职业技术学院石油与化学工程学院,新疆奎屯 833200)摘要:生物质资源具有来源广泛、价格低廉、可再生等优势,但大部分的生物质资源只是被简单的掩埋或焚烧,未能实现废弃生物质的有效资源化利用。近些年来,越来越多的国内外学者开始研究,利用废弃农业生物质在资源回收和生态环保等领域等创新应用。目前,利用农业废弃生物质制备出吸附剂、生物炭和复合材料成为研究者们关注的重点。因此本文通过综述常见的几种废弃生物质对工业废水的净化处理、污染水体的治理以及修复水环境等领域具体
2、应用现状,并展望了未来废弃物生物质的综合应用发展前景。关键词:废弃生物质;生物炭;吸附;水处理中图分类号:X 712 Research Progress on the Application of Agricultural Waste Biomass in Wastewater TreatmentLIU Kai-nan,LI Guo-feng,YUN Liang,LI Shuai(College of Petroleum and Chemical Engineering,Xinjiang Career Technical College,Kuitun 833200,Xinjiang,China
3、)Abstract:Biomass resources have wide sources,low prices,renewable and other advantages,but most of the biomass resources are simply buried or incinerated,failed to realize the eff ective utilization of waste biomass resources.In recent years,more and more scholars at home and abroad have begun to s
4、tudy the innovative application of waste agricultural biomass in the fi elds of resource recovery and ecological environmental protection.At present,the use of agricultural waste biomass to produce adsorbents,biochar and composite materials has become the focus of researchers.Therefore,this paper re
5、views the specifi c application status of several common waste biomass in the purifi cation and treatment of industrial wastewater,the treatment of polluted water bodies and the restoration of water environment,and looks forward to the future development prospect of comprehensive application of wast
6、e biomass.Key words:waste biomass;biochar;adsorption;water treatment*基金项目:新疆应用职业技术学院 2022 年度科研规划青蓝项目(XYZY2022KZD012),新疆应用职业技术学院横向科研项目(2023HX030)。作者简介:刘凯楠,硕士,研究方向:高分子材料。通讯作者:李国峰,硕士,研究方向:工业催化。人类文明诞生于河流沿岸,依托于水源,人类从农耕文明走向工业文明。地球表面水的覆盖率达 71%,但只有其中的 2.5%才可以被人饮用的淡水。水资源短缺不仅阻碍社会工业发展,更可能会对人类文明造成不可逆伤害1。工业化的发展带
7、来便利的同时也在加大这种危害。水体的污染是近些年研究热点,其主要源头来自工业废水。本文探讨了当前使用废弃生物质通过改性的方式对水体污染进行高效治理的相关研究进展。1 工业废水处理方法工业废水是指工业生产过程中产生的废水和废液,这类污染物中包含了生产原料、中间产物以及副产品,种类繁多、成分复杂、处理困难。例如电解盐工业污水中含有汞,冶炼工业污水中含有铅、铬等重金属,纺织工业污水中含有有机染料2,石油炼制工业污水中含有复杂有机油品3。由于工业污水中含有多种有毒有害物质,对生物和环境都会造成很严重的破坏,因此,要综合利用、转害为利,经过特定的处理方式达标后再排放。1.1 吸附法吸附法通常选用固体作为
8、吸附剂,是吸附水体中的吸附质进行分离的方式,吸附剂具有选择适应性,其吸附关键在于吸附剂的选择。根据吸附机理不同,可以分为物理吸附与化学吸附4(表 1)。常见的吸附材料有活性氧化铝、氧化石墨烯、生物质炭、天然高分子材料以及合成的复合材料等。吸附法在水处理中被广泛使用,这类方法具有安全环保、能耗低、工艺简单、吸附效果好、成本低等优点,因此吸附法在水处理领域中占据优势。表 1 物理吸附和化学吸附的区别Table 1 The difference between physical adsorption and chemisorption项目物理吸附化学吸附吸附热低吸附热高吸附热选择性无选择性高选择性吸
9、附类型单层或多层吸附单层吸附适宜温度仅在低温下吸附显著适用的温度更加广泛吸附速率快速、可逆可慢速且不可逆电子转移无电子转移吸附剂和吸附质间有电子转移1.2 生物膜处理法生物膜处理技术是以选择透过膜为分离介质,在膜两侧一定推动力的作用下,使原料中某种组分选择性地透过膜,从而使混合物得以分离,达到提纯、浓缩等目120刘凯楠 等 农业废弃生物质在废水处理中的应用研究进展的5。根据分离膜的孔径尺寸差异,可将膜分离技术分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)以及反渗透(RO)。根据膜分离的推动力的差异,也可按照表 2 进行区分。膜处理技术与其自身结构与材料性质紧密相关,其最大的优点在于选择性较好、分
10、离效率高、能耗低以及制备工艺简单,因此在实际的废水处理过程中被广泛应用,特别是造纸废水、染印废水以及制革废水。但在长期使用过程中,膜材料自身强度不够易破损,孔道结构易堵塞,防污性能较低,运行成本较高,需要定期清洁或及时更换。这些局限性也是膜处理技术在未来研究的技术突破关键点,如改善膜的重复利用率、渗透性以及防污性。表 2 工业化膜分离技术过程及特性Table 2 Process and characteristics of industrial membrane separation technology分离过程推动力原料相态过程机理截流物尺寸分离目的渗透汽化浓度梯度、温度梯度进料:液相透过物
11、:气相溶解扩散大分子或低溶解性物质液体的浓缩或提纯渗析浓度梯度液体筛分、阻碍扩散大于 0.02m(血液透析中大于0.005m)大分子溶液脱除低分子溶质,或低分子溶液脱出大分子溶质电渗析电势梯度液体反离子传递大尺寸离子和水脱除溶液中的离子或浓缩溶液中的离子成分纳滤静压差液体筛分、溶解扩散大于200 3000分子量的溶质脱除低分子有机物或浓缩低分子有机物超滤静压差液体筛分大于 10000200000 分子量溶质脱除溶液中大分子或大分子与小分子溶质分离微滤静压差液体或气体筛分大于0.02 10m的物质脱除或浓缩液体中的颗粒1.3 生物处理法生物处理法是指利用自然环境中微生物氧化分解废水中的有机物和某
12、些无机毒物,比如带有氰基(CN)的化合物以及硫化物等6,将这类物质转化为稳定无害无机物的一种废水处理方法。污水的生物处理方法是建立在环境自净作用基础上的人工强化技术,这种方法需要创造出适合微生物快速、大量生长繁殖的优良环境,使得微生物具有更强的代谢功能,加速有机物的无机化,最终目的是将废水快速、高效地净化。其中,生物处理法中又包含了活性污泥法、生物塘法、厌氧生物处理法、生物膜法以及接触氧化法。生物处理法的运行成本较低、去除率较高、能耗低,并且安全环保,对有机污染物具有很好的去除效果,因此该方法集中应用于染印废水和城市废水处理中。但是由于生物法需要制备和培养大量的微生物,微生物生长需要较长的周期
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