Page 49 - 《精细化工》2021年第7期
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第 7 期                         王燕杉，等:  沼渣生物炭在水处理中的应用进展                                   ·1331·


            氧体系中，沼渣炭可催化臭氧产生•OH，增加活性                            助于废弃生物质协同处置和多联产的发展。此外，
            位点，有效降低色度和降解有机物。此外，芬顿氧                             加快推进特色有机废物（沼渣）的高值化利用和生
            化体系中，沼渣炭表面自由基（半醌基等）的电子                             物炭功能材料利用，满足高效、绿色、循环、高值
            传递及不同价态的金属离子与 H 2 O 2 之间的氧化还                       的发展趋势和技术革新。
            原反应加速了羟基自由基的形成，加快了自由基                                  目前，沼渣生物炭成功用于吸附和高级氧化体
            （FRs）的电子转移，有效促进有机污染物的降解。                           系，去除水中无机和有机污染物。然而，该技术仍
                                 
                 PS 体系产生的 SO  表现出比其他体系产生的                     然停留在实验室阶段，距离实际工业化应用还存在
                                 4
            •OH 更高的氧化还原电位和氧化能力。与芬顿体系                           一定距离，未来应关注：
            相比具有更宽的 pH 反应范围，适用于更多的反应                              （1）聚焦发酵副产物沼渣废物，开展多联产及
            环境  [55] 。PS 的价格比 H 2 O 2 更经济，更适用于实际               综合利用基础研究，驱动技术中试及成果转化。
            水环境处理。然而，目前关于沼渣炭在高级氧化体                                （2）由于沼渣炭性质和水环境的差异，在高级
            系中的应用尚处于探索阶段，其性能及作用机理有待                            氧化体系中仍存在诸多不确定性。今后要关注基于
            进一步研究，以期为实际应用提供理论和借鉴。                              不同类型沼渣炭基催化剂对新兴污染物的适用性，
                                                               增强其构效关系如催化活性位点的调控、机理的解
            4   沼渣生物炭的潜在风险                                     析等。
                                                                  （3）沼渣炭作为吸附剂需进一步深入研究，鼓
                 沼渣炭材料在水处理领域中的卓越性能已被证
                                                               励针对复杂环境样本矩阵的更多中试规模的现场进
            实，但存在的潜在风险亦不容忽视，其中包括沼渣
                                                               行研究讨论。
            原料中的有毒有害元素（如重金属离子）、生产炭材
                                                                  （4）沼渣炭含有一定量内源性 N、P 和重金属
            料过程形成各种有害化学物质（如多环芳烃、挥发
                                                               污染物，在水处理应用过程存在浸出风险。因此，
            性有机物等）以及各类强酸强碱改性产生的废水也
                                                               今后应注重沼渣炭在环境中应用安全化和稳定化的
            将是环境处理的一大挑战。研究显示，沼渣在
                                                               研究，增强其实际应用潜力。
            400~600  ℃下热解后，大多数重金属可以以氧化态
                                                                  （5）目前的研究仅关注实验室条件下沼渣生物
            形式存在于生物炭中，重金属可从生物可利用的组                             炭对污染物的去除性能，其回收再利用成为难点，
            分中迁移到相对稳定的组分中               [56-57] ，从而降低了生
                                                               针对实际污染水体中污染物的去除尚未形成连续流
            物炭中重金属的潜在和直接的环境风险。此外，沼                             反应体系。因此，今后应加强沼渣炭基高性能连续
            渣炭中的一些重金属（Cr、Cu、Cd、Pb 和 Mn）含                       流反应器的设计，明确沼渣生物炭在实际水处理中
            量取决于热解温度和沼渣炭的原料                 [58] 。钝化法常被        的应用前景。
            用来去除沼渣或者沼渣炭中的重金属，主要有生物
            钝化、化学钝化、物理钝化等，钝化剂的引入有利                             参考文献：
            于与重金属发生吸附、络合、沉淀作用或与重金属                             [1]  MA  Y  R  (马艳茹), DING J T (丁京涛), ZHAO L X (赵立欣), et al.
                                                                   Advances in recycling and reuse of nitrogen from biogas slurry[J].
            形成稳定的螯合物，使重金属形态发生变化，减少                                 Environmental Pollution and Revention (环境污染与防治), 2018,
            其释放。因此，优选沼渣炭基材料的原料及优化制                                 40(3): 339-344.
                                                               [2]   LIU J X, HUANG S M, CHEN K, et al. Preparation of biochar from
            造工艺并提高其使用前后的稳定性，选择适宜的钝
                                                                   food waste digestate: Pyrolysis behavior and product properties[J].
            化方法，以减少或消除有毒污染物向环境的释放可                                 Bioresource Technology, 2020, 302: 112841.
            能性。                                                [3]   JIN H M, HANIF M U, CAPAREDA S, et al. Copper(Ⅱ) removal
                                                                   potential from aqueous solution by pyrolysis biochar derived from
                                                                   anaerobically digested algae-dairy-manure and effect of KOH
            5   结束语与展望                                             activation[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2016,
                                                                   4(1): 365-372.
                 根据国家能源消费结构的调整、乡村振兴和污                          [4]   DING J T (丁京涛), ZHANG P Y (张朋月), HUA G L (华冠林), et al.
                                                                   Running  status of large and medium scale biogas project and
            染防治的需要，将大力推进生物天然气和沼气工程
                                                                   physical, chemical and biological characteristics of materials before
            技术及商业化发展，到 2030 年实现天然气年产量                              and after fermentation in winter of Beijing[J]. Transactions  of the
            300 亿立方米的发展目标，由此引发的副产物沼渣                               Chinese Society of Agricultural Engineering (农业工程学报), 2018,
                                                                   34(23): 221-228.
            消纳问题凸显。而生态文明建设所面临的严峻形势                             [5]   LOGAN M, VISVANANATHAN C. Management strategies for
            导致水环境质量改善仍存在诸多挑战。因此，利用                                 anaerobic digestate of  organic fraction of municipal solid waste:
                                                                   Current status and future prospects[J]. Waste Management Research,
            沼渣制备生物炭功能材料应用在水治理，是实现“以
                                                                   2019, 37(S1): 27-39.
            废治废、变废为宝”发展理念的有效途径之一，有                             [6]   PENG W, LU F, HAN L P, et al. Digestate management for high-solid
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