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用于污泥处理氧化导向催化剂

发布时间:2018-8-11 7:15:21  中国污水处理工程网

  申请日2012.12.21

  公开(公告)日2015.09.09

  IPC分类号B01J27/128; B01J31/04; C02F11/06; B01J31/30; B01J20/20; B01J31/38

  摘要

  本发明提供了一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,包括以下组分:5wt%~45wt%的金属化合物;55wt%~95wt%的吸附剂。本发明采用氧化导向催化剂包括金属化合物,其可以作为氧化引发剂,促进羟基自由基的生成,利于对污泥中有机质的消解;本发明提供的氧化导向催化剂包括吸附剂,其具有较大的比表面积和强烈的吸附能力,能够有效地从气体或液体中吸附污泥中的固体颗粒物质。而且,本发明提供的氧化导向催化剂在对污泥进行处理时,无需再向其中加入酸碱调节剂,因此不会在微生物胞外聚合物(EPS)的表面凝结成膜,从而有利于对污泥中EPS的破膜和分解,从而提高了对污泥的处理效率。

  权利要求书

  1.一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,由以下组分组成:

  5wt%~45wt%的金属化合物;

  55wt%~95wt%的吸附剂;

  所述金属化合物为甲酸铁和甲酸铝;

  所述吸附剂为活性炭粉和粉煤灰;

  所述吸附剂的粒度的目数在100目以上;

  所述金属化合物和吸附剂的质量百分含量之和为100%。

  2.一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,由以下组分组成:

  5wt%~45wt%的金属化合物;

  55wt%~95wt%的吸附剂;

  所述金属化合物为硫酸铁、氯化锰、乙酸铝和甲酸钛;

  所述吸附剂为活性炭粉和碳粉;

  所述吸附剂的粒度的目数在100目以上;

  所述金属化合物和吸附剂的质量百分含量之和为100%。

  3.一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,由以下组分组成:

  5wt%~45wt%的金属化合物;

  55wt%~95wt%的吸附剂;

  所述金属化合物为氯化铁和甲酸铁;

  所述吸附剂为活性炭粉、碳粉和硅藻土;

  所述吸附剂的粒度的目数在100目以上;

  所述金属化合物和吸附剂的质量百分含量之和为100%。

  4.根据权利要求1、2、3任意一项所述的氧化导向催化剂,其 特征在于,包括10wt%~30wt%的金属化合物。

  5.根据权利要求1、2、3任意一项所述的氧化导向催化剂,其 特征在于,包括70wt%~90wt%的吸附剂。

  说明书

  一种用于污泥处理的氧化导向催化剂

  技术领域

  本发明涉及污泥处理技术领域,更具体地说,特别涉及一种用于 污泥处理的氧化导向催化剂。

  背景技术

  污水经过处理,会产出大量的剩余污泥。剩余污泥的处理处置是 污水生化处理的一大难题。污水厂污水二级生化处理基本原理是微生 物将污水中有机物作为自身新陈代谢的营养物质,将其分解掉,转化 为CO2、H20和代谢分泌物。经微生物新陈代谢产生的残留分泌物就 形成了过剩污泥,过剩污泥与污水中浮渣、及微生物菌团聚合而成了 污水厂剩余污泥,是污水厂污水生化处理后的二次产物,也成为了城 镇固体废弃物。

  众所周知,污泥中含有大量的病菌体、寄生虫卵等有害微生物体, 还含有大量砷、铜、汞、铬等有毒重金属及二噁英等致癌性物质。由 于污泥的菌胶体聚合物亲水性强,导致污泥脱水率难,常规脱水后污 泥体积庞大,给出厂污泥运输带来极大的困难。若城镇污水厂污泥处 理处置不当或者处理处置不规范,将会引起一系列环境问题。如由于 高含水率,填埋时导致大量的有害渗透液,严重时会出现“井喷”现 象,这将对生态环境造成新的潜在威胁。因此污泥处理处置不仅是环 境领域一棘手课题,也是环保领域当前的热点课题之一。目前对剩余 污泥的处理方法主要有卫生填埋、土地综合利用、热处理、污泥堆肥、 超声波消解污泥法等。

  研究表明,臭氧对污泥、污水的处理具有很好的效果,并且对环 境污染小,但由于其成本高,而得不到广泛的使用。段标标等(段标 标,隋铭皓.多相催化臭氧氧化技术机理研究进展,四川环境,2011,3: 123~127)通过研究表明,中指出臭氧氧化系统中,加入固体催化剂, 可以有效地提高臭氧降解、去除水中微量有机污染物的能力。如公开 号为CN102145974A的中国专利公开了一种常态下处理污泥的方法, 其中公开了一种固体催化剂,该固体催化剂包括氧化导向剂和调节剂 CaO,调节剂CaO为氧化导向剂提供适宜的酸碱环境,在污泥处理时 加入CaO,CaO在水中形成Ca(OH)2,滤液pH值较高,该发明公开 的方法获得的滤液pH值大于8.5。较高的pH值使得污泥的后处理较 为困难,需要先进行中和才能达到排放标准,且容易造成二次污染; 而且加入CaO,还会引入新的固体物质,增加污泥的量,对污泥的处 理效率低,为后续的运输、填埋、后利用带来不便;再如公开号为 CN101717174B的中国专利公开了一种可控湿法氧化聚沉法处理污水 厂污泥的方法,其中公开了一种氧化引发剂,该氧化引发剂为活性炭 和/或TiOM,其中M为Fe、Al、Zn。在污泥中加入氧化引发剂,搅 拌,并通入氧化剂,然后加入聚沉剂,最后将污泥压滤。然而,这种 方法对污泥的处理效率仍旧不高。

  发明内容

  本发明的目的在于提供一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,该 氧化导向催化剂在用于污泥处理时,通过破膜,实现剩余污泥的吸包 水、结构水、晶胞水变成间隙水,达到压滤顺利干化脱水,提高了污 泥处理的效率。

  本发明提供了一种用于污泥处理的氧化导向催化剂,包括以下组 分:

  5wt%~45wt%的金属化合物;

  55wt%~95wt%的吸附剂。

  优选的,所述金属化合物为金属盐和/或金属氧化物。

  优选的,所述金属盐为金属甲酸盐、金属乙酸盐、金属氯化物、 金属硫酸盐和金属硝酸盐中的一种或多种。

  优选的,所述金属盐为金属甲酸盐、金属乙酸盐和金属氯化物中 的一种或多种。

  优选的,包括10wt%~30wt%的金属化合物。

  优选的,包括70wt%~90wt%的吸附剂。

  优选的,所述金属化合物中的金属为Fe、Mn、Al、V和Ti中的 一种或多种。

  优选的,所述金属化合物中的金属为Fe、Al、Ti和V中的一种 或多种。

  优选的,所述吸附剂为碳粉类吸附剂、海泡石粉、硅藻土、煤矸 石粉、粉煤灰、珍珠岩粉、膨润土粉、火山灰粉和高岭土中的一种或 多种。

  优选的,所述吸附剂的粒度的目数在100目以上。

  优选的,所述吸附剂为木炭、活性炭、粉煤灰和膨润土粉中的一 种或多种。

  本发明提供的氧化导向催化剂包括以下组分:5wt%~45wt%的金 属化合物;55wt%~95wt%的吸附剂。本发明采用氧化导向催化剂包 括金属化合物,其可以作为氧化引发剂,促进羟基自由基的生成,利 于对污泥中有机质的消解;本发明提供的氧化导向催化剂包括吸附剂, 其具有较大的比表面积和强烈的吸附能力,能够有效地从气体或液体 中吸附污泥中的固体颗粒物质。而且,本发明提供的氧化导向催化剂 在对污泥进行处理时,无需再向其中加入酸碱调节剂,因此不会在微 生物胞外聚合物(EPS)的表面凝结成膜,从而有利于对污泥中EPS 的破膜和分解,从而提高了对污泥的处理效率。

  另外,采用本发明提供的氧化导向催化剂处理污泥时能够显著吸 附O3,实现剩余污泥胶束破膜,使结构水、晶胞水变成可流动的间隙 水,达到固水分离,为压滤脱污泥水创造条件。

  具体实施方式

  本发明提供了一种用于处理污泥的氧化导向催化剂,包括以下组 分:

  5wt%~45wt%的金属化合物;

  55wt%~95wt%的吸附剂。

  本发明提供的氧化导向催化剂包括金属化合物和吸附剂,金属化 合物作为氧化引发剂,能够促进羟基自由基的生成,从而能够促进氧 化剂对污泥中有机质的消解;本发明提供的氧化导向催化剂包括吸附 剂,其具有较大的比表面积和吸附能力,能够有效地吸附O3,完成剩 余污泥的胶束破膜,实现固水分离。

  本发明提供的氧化导向催化剂包括5wt%~45wt%的金属化合物, 优选为10wt%~30wt%,更优选为15wt%~25wt%。在本发明中,所 述金属化合物优选为金属盐和/或金属氧化物;在本发明中,所述金属 盐可以为金属的无机盐,也可以为金属的有机盐,优选为金属甲酸盐、 金属乙酸盐、金属氯化物、金属硫酸盐和金属硝酸盐中的一种或多种, 更优选为金属甲酸盐、金属乙酸盐和金属氯化物中的一种或多种;所 述金属化合物中的金属优选为Fe、Mn、Al、V和Ti中的一种或者几 种,更优选为Fe、Al、Ti和V中的一种或多种,最优选为Fe、Ti和 Al中的一种或两种。在本发明中,所述金属化合物固化效果好,其能 够与臭氧反应生成的羟基自由基,得到的羟基自由基使有机质污泥生 物膜和细胞结构发生氧化还原过程,打碎膜状结构,生成小分子的有 机质,而有机质的-NH、-SH、-OH等化学键很容易与剩余污泥表 面的重金属离子Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+、As+等离子形 成螯合物,经机械干化压滤重金属离子后包裹于干化污泥中,从而提 高了对污泥的处理效率;

  本发明提供的氧化导向催化剂包括55wt%~95wt%的吸附剂,优 选为70wt%~90wt%,更优选为75wt%~85wt%。在本发明中,吸附 剂具有大的比表面、适宜的孔结构及表面结构,以及对吸附质有强烈 的吸附能力,而且吸附剂一般不与吸附质和介质发生化学反应;制造 方便,容易再生;有良好的机械强度等。因此,在本发明中,吸附剂 能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质,提高对污泥 的处理脱水效率。在本发明中,所述吸附剂优选为碳粉类吸附剂、海 泡石粉、硅藻土、煤矸石粉、粉煤灰、珍珠岩粉、膨润土粉、火山灰 粉和高岭土中的一种或者几种,更优选为碳粉、活性炭、粉煤灰、硅 藻土、珍珠岩粉、高岭土中的一种或多种,最优选为碳粉、活性炭、 粉煤灰中的一种或多种;在本发明中,所述吸附剂的粒度的目数优选 为100目以上,更优选为150目以上;

  碳粉类吸附剂,其吸附容量更大,对污泥中固体颗粒物质的吸附 性能效果显著。其中,活性炭粉是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭 化、活化后制成的粉状物,活性炭粉含有很多毛细孔构造,其具有优 异的吸附能力,因次采用活性炭粉作为污泥处理的吸附剂效果更显著, 脱水能力更强。而当采用多种吸附剂同时作为氧化导向催化剂的组分, 可以均衡各种吸附剂的性能,使得综合吸附性能更好。

  采用本发明提供的氧化导向催化剂处理污泥时,无需再向污泥中 加入酸碱调节剂,如CaO等,没有因为Ca离子以各种结合形式沉积 下来而引入了新的固体物质,增加了污泥的量。也没有因为CaO在水 中形成Ca(OH)2,氧化剂形成的强氧化环境会使Ca(OH)2在微生物胞 外聚合物(EPS)表面迅速发生固定反应,而在EPS表面形成一层膜, 阻止EPS的破膜和分解。从而本方法大大提高了污泥的沉降速度和过 滤效率。微生物胞外聚合物,是剩余污泥的主要组成物质。剩余污泥 絮体主要是由EPS包裹并连接成的成分极其复杂的物质。EPS主要由 多糖和蛋白质组成,带负电荷,高含水,其必须经氧化导向催化破膜, 完成污泥的固水分离。

  本发明提供的氧化导向催化剂包括的金属化合物固化效果好;污 泥分散度高,比表面积大,有巨大的比表面能,是热力学不稳定体系, 因此为了降低表面自由能,污泥吸附污水中78%~95%的金属离子于其 表面。本发明的氧化导向催化剂在处理污泥时与氧化剂反应生成的羟 基自由基使有机质污泥生物膜和细胞结构发生氧化还原过程,打碎膜 状结构,生成小分子的有机质,而有机质的-NH、-SH、-OH等化 学键很容易与剩余污泥表面的重金属离子Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、 Ni2+、Cr3+、As+等离子形成螯合物,经机械干化压滤重金属离子后包 裹于干化污泥中。而螯合物的稳定常数非常高,比金属氢氧化物更稳 定,不容易溶出。

  本发明对所述氧化导向催化剂的制备方法没有特殊的限制,采用 本领域技术人员熟知的组合物制备的技术方案即可,本发明优选将上 述组分混合均匀后,即可得到氧化导向催化剂。

  本发明提供的氧化导向催化剂在用于污泥处理时O3用量少、效率 高,滤液的pH值接近中性,可以直接排放不污染环境。

  本发明提供的氧化导向催化剂包括以下组分:5wt%~45wt%的金 属化合物;55wt%~95wt%的吸附剂。本发明采用氧化导向催化剂包 括金属化合物,其可以作为氧化引发剂,促进羟基自由基的生成,利 于对污泥中有机质的消解;本发明提供的氧化导向催化剂包括吸附剂, 其具有较大的比表面积和强烈的吸附能力,能够有效地从气体或液体 中吸附污泥中的固体颗粒物质。而且,本发明提供的氧化导向催化剂 在对污泥进行处理时,无需再向其中加入酸碱调节剂,因此不会在微 生物胞外聚合物(EPS)的表面凝结成膜,从而有利于对污泥中EPS 的破膜和分解,从而提高了对污泥的处理效率。

  另外,本发明提供的氧化导向催化剂在用于处理污泥时显著增加 污泥的脱水效果,减小污泥的量,有利于污泥的贮存和进一步的资源 化利用,投资和运行费用也可以相应大幅下降;另一方面,由于污泥 的体积减少了,同时减少污泥的运输成本。

  为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的氧化导 向催化剂进行详细的描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的 限定。

  在以下实施例中剩余污泥来自污水厂污水生化处理后的二次产 物;淤泥为湖泊或喝道沉积得到的污泥。

  实施例1

  按照质量比为75:25的质量比将碳粉和FeCl3混合,混合均匀后得 到氧化导向催化剂。

  实施例2

  向含1kg干基的剩余污泥中加入50g实施例1制备的氧化导向 催化剂后,在搅拌的条件下,向其中通入0.5g臭氧,将得到的混合 物进行重力沉降30分钟,然后将上层清液导出。

  本发明检测得到经压滤后的剩余污泥的含水率为50%;

  本发明检测得到的上清液的COD为120mg/L。

  实施例3

  将质量比为40:40:10:10的活性炭粉、粉煤灰、甲酸铁和甲酸铝混 合,混合均匀后得到氧化导向催化剂.

  实施例4

  向含10kg干基的剩余污泥中加入0.35kg实施例3制备的氧化导 向催化剂后,在搅拌的条件下向其中通入8g臭氧,将得到的混合物 进行重力沉降60分钟,然后将上层清液导出,完成对剩余污泥的处理。

  本发明检测得到经压滤后的剩余污泥的含水率为48%;

  本发明检测得到的上清液的COD为85mg/L。

  实施例5

  将质量比为39:39:5:6:5:6的碳粉、活性炭粉、硫酸铁、氯化锰、 乙酸铝和甲酸钛混合,混合均匀后得到氧化导向催化剂.

  实施例6

  向含50kg干基的剩余污泥中加入1.5kg实施例5制备的氧化导 向催化剂后,在搅拌的条件下向其中通入8g臭氧,将得到的混合物 进行重力沉降60分钟,然后将上层清液导出,完成对剩余污泥的处理。

  本发明检测得到经压滤后的剩余污泥的含水率为30%;

  本发明检测得到的上清液的COD为100mg/L。

  实施例7

  将质量比为25:25:27.5:10:12.5的碳粉、活性炭粉、硅藻土、氯化 铁和甲酸铁混合,混合均匀后得到氧化导向催化剂.

  实施例8

  向含80kg干基的淤泥中加入0.24kg实施例7得到的氧化导向催 化剂后,在搅拌的条件下向其中通入40g臭氧,将得到的混合物进行 重力沉降50分钟,然后将上层清液导出,完成对淤泥的处理。

  本发明检测得到经压滤后的淤泥的含水率为40%;

  本发明检测得到的上清液的COD为80mg/L。

  由以上实施例可知,本发明提供氧化导向催化剂包括以下组分: 5wt%~45wt%的金属化合物;55wt%~95wt%的吸附剂。本发明采用 氧化导向催化剂包括金属化合物,其可以作为氧化引发剂,促进羟基 自由基的生成,利于对污泥中有机质的消解;本发明提供的氧化导向 催化剂包括吸附剂,其具有较大的比表面积和强烈的吸附能力,能够 有效地从气体或液体中吸附污泥中的固体颗粒物质。而且,本发明提 供的氧化导向催化剂在对污泥进行处理时,无需再向其中加入酸碱调 节剂,因此不会在微生物胞外聚合物(EPS)的表面凝结成膜,从而 有利于对污泥中EPS的破膜和分解,从而提高了对污泥的处理效率。

  另外,本发明提供的氧化导向催化剂用于污泥处理时显著增加污 泥的浓度,减小污泥的体积,从而减少污泥的贮存和进一步的处理费 用,投资和运行费用也可以相应大幅下降;另一方面,由于污泥的体 积减少了,也可以提高污泥的处理效率;对于过滤设备而言,入料的 浓度适量的提高,压滤设备单位面积的泥饼产量就多,因而提高入料 的固体物浓度适当提高,有助于提高设备的处理能力,缩小处理设备 的规模。

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