申请日2016.05.20
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号C02F11/00; C02F103/30
摘要
本发明涉及一种印染污泥微波光催化一体化处理方法，包括以下步骤：步骤S1、向100重量份的印染污泥中添加0.01‑2重量份的光催化剂、1‑5重量份的萃取剂、1‑10重量份的吸波剂、2‑30重量份的碱性固化剂和0.1‑5重量份的重金属固化剂;步骤S2、将印染污泥与步骤S1添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、粘结剂和重金属固化剂进行均匀混合;步骤S3、将步骤S2混合后的印染污泥处理成颗粒状;步骤S4、将污泥颗粒放入微波炉进行微波光催化一体化处理,并回收处理过程中产生的尾气。本发明具有节能高效、均匀加热、降解有机物、重金属固化、低温杀菌、污泥体积减量大等优势。
权利要求书
1.一种印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、向100重量份的印染污泥中添加0.01-2重量份的光催化剂、1-5重量份的萃取剂、1-10重量份的吸波剂、2-30重量份的碱性固化剂和0.1-5重量份的重金属固化剂;
步骤S2、将印染污泥与步骤S1添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、粘结剂和重金属固化剂进行均匀混合;
步骤S3、将步骤S2混合后的印染污泥处理成颗粒状;
步骤S4、将污泥颗粒放入微波炉进行微波光催化一体化处理,并回收处理过程中产生的尾气。
2.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S1的光催化剂为纳米二氧化钛、纳米二氧化钛中任意一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S1的吸波剂是铸造粘土砂污泥、煤矸石粉和污泥生物炭中任意一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S1的萃取剂是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S1的碱性固化剂是水玻璃。
6.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S1的重金属固化剂是EDTA。
7.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，将印染污泥处理成的颗粒直径在5-50cm范围内。
8.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，微波温度范围为100-500℃。
9.根据权利要求1所述的印染污泥微波光催化一体化处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，微波光催化一体化处理时间范围为30S-1000S，微波温度范围为100W-7000W。
说明书
一种印染污泥微波光催化一体化处理方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种印染污泥微波光催化一体化处理方法。
背景技术
印染污泥是印染污水处理的副产物，印染污水含有染料、浆料、助剂等化学试剂，成分非常复杂，其中染料中含有硝基、氨基化合物和铜、铬、锌、砷等重金属元素，导致印染污泥具有很大的生物毒性，对环境污染严重，已成为当今生态环境中的热点和焦点问题。根据国家对污泥稳定化、无害化、减量化、资源化发展的战略需求，充分利用污泥中的有用成分，将它变废为宝，以废治废。污泥生态安全处置技术正是促进污泥处置及资源化的重要保障前提，因此通过印染污泥微波处置及高值化利用的关键技术的实施，形成一套适用于当前印染污泥微波处理技术研发、设备研制及工程应用为一体的关键技术与设备是促进我国污泥处理资源化、无害化的重要举措，实现国家节能减排的重要举措之一。
对于印染污泥的处理处置，国际上仍没有可以借鉴的有效方法，目前仍然采用传统的普通污泥处理处置方法，如热干化处理、焚烧、卫生填埋、土地利用等。
热干化处理法是利用热能将污泥烘干。干化后的污泥呈颗粒或粉末状，体积仅为原来的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下时，微生物活性受到抑制而避免产品发霉发臭，利于储藏和运输。但是干化处理技术耗能量过高，应用于印染污泥处理成本较高。
焚烧处理法即污泥进行干燥后，利用其中的可燃成分进行燃烧。但是污泥焚烧过程也存在一些不足。由于污泥中含有大量有害的物质，且又在有氧环境下进行的燃烧反应，同时污泥中含有的重金属又可作为反应的催化剂，所以燃烧过程中不可避免的会产生大量的有害物质，如氮氧化物、SO2及二噁英类物质，从而对生态环境造成了二次污染。燃烧过程中的条件不易控制，产生的污染物较难处理，而且热值不高，需耗费大量辅助燃料。此外污泥焚烧处理的成本较高，为其他处理工艺的2～4倍，还有可能产生噪声、震动、热和辐射。
填埋处理法即将污泥脱水化后进行填埋处理。污泥必需满足填埋场对其力学指标的要求：横向剪切强度>25kPa，单轴压强>50kPa。要达到这样的要求，需要一定的时间和成本。脱水之后的印染污泥，由于其中所含有大量的重金属离子以及其他一些化学药剂，所以并不适用于农业及土地利用。同时，填埋处理更关键的是要有填埋场。填埋场不仅仅会占用了大量的土地资源，垃圾填下后将对周围的环境造成长远的影响，包括空气，地表水，地下水，土壤各个方面，并且垃圾填下后，需要长达几十年的维护控制，才能达到封场状态。
土地利用法具有成本低，可充分利用污泥中营养物质等优点，但是由于印染过程中使用了大量的染料、浆料和助剂，且污泥中含有大量的病原菌、病毒和Cu、Hg、Cr、Zn等重金属。未进行预处理的印染污泥直接施用于土地，可能会对土壤和水体造成二次污染。
20世纪90年代后，国内外学者开始将微波技术引入污水污泥处理。传统观点认为，微波处理方法的缺点是不能进行污泥干燥全处理，而仅仅是前处理过程利用微波技术，相对于热干燥处理其经济性不佳，难以大批量处理，并且还要注意辐射泄露。
关于印染污泥的典型的研究如下：傅大放等用输出功率为750W的微波辐射浓缩池污泥发现，辐射45min污泥含水率可降为36%。邹路易等用微波辐射浓缩池污泥的研究表明，当电耗小于0.2×10-3kW·h时污泥含水率仍在80%以上，电耗达0.35×10-3kW·h时污泥含水率可降至60%。田禹等研究了微波辐射处理对污泥结构和脱水性能的影响。MENNEDEZ等对微波制备活性炭的可行性进行了分析。Gan进一步证明：微波干燥重金属氢氧化物沉淀污泥时，对其中重金属Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+和Pb2+有明显固定作用。Tai HS证明了微波辐射对土壤中重金属铬的固定效果，满足美国环境保护署规定5mg/L的浸出最高浓度要求。在污泥有机物和重金属检测方面，有少量的研究报道，比如采用Tessier五步萃取法分析城市污水厂污泥中重金属的形态分布、采用微波辅助萃取/高效液相色谱法测定深圳市龙岗区供水集团有限公司各水厂的沉淀池和回收水池池底污泥中烷基酚类和烷基酚聚氧乙烯醚类化合物的浓度等。但这些检测实验的污泥用量一般都是30ml左右，所使用的微波炉设备简陋，有的还使用家用微波炉，工业化污泥微波萃取尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种印染污泥微波光催化一体化处理方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种印染污泥微波光催化一体化处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、向100重量份的印染污泥中添加0.01-2重量份的光催化剂、1-5重量份的萃取剂、1-10重量份的吸波剂、2-30重量份的碱性固化剂和1-5重量份的重金属固化剂;
步骤S2、将印染污泥与步骤S1添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、碱性固化剂和重金属固化剂进行均匀混合;
步骤S3、将步骤S2混合后的印染污泥处理成颗粒状;
步骤S4、将污泥颗粒放入微波炉进行微波光催化一体化处理,并回收处理过程中产生的尾气。
本发明的有益效果是：本发明的印染污泥微波光催化一体化处理方法具有节能高效、均匀加热、降解有机物、重金属固化、低温杀菌、污泥体积减量大等优势，重金属固化剂、吸波剂、光催化剂和绿色萃取剂等物质能使污泥体系的温度达到300℃，微波能量能破坏污泥及其有机质本身复杂的结构，污泥有机质被大量降解、催化氧化、萃取出来，最终可将污泥中的水分降低80%以上，加速了固化过程，可以实现印染污泥有机质降解、催化氧化、微波萃取和污染物固化一体化工艺。同时，在微波处理过程中，废气主要是易于收集、回用的低分子无害物质，也无辐射遗留物存在，是一种十分安全无害的高新技术。本发明能将降解为低分子的有机质催化氧化或者萃取出来，具有成本低、同步低耗深度脱水、高温降解有机质、光催化活性有机质、萃取有机质、固化重金属和残余惰性有机质等多项优点。
进一步的，所述步骤S1的光催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌或其混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明针对污泥中活性有机质、惰性有机质、重金属等的特点，将氧化能力强、化学性质稳定、价格低廉的无毒光催化剂二氧化钛引入到印染污泥微波无害化处理工艺中，添加光催化剂纳米二氧化钛、纳米氧化锌或其混合物后，再进行微波处理，明显加快了处理速率，能大幅度的增强微波处理的效果。
进一步的，所述步骤S1的吸波剂是铸造粘土砂污泥、煤矸石粉和污泥生物炭中任意一种或多种的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用微波选择性加热的特点，使微波能量集中到污泥体系，提高了微波的使用效率，污泥体系的温度范围是100-500℃，远高于没有添加吸波剂的污泥体系温度，有利于污泥中水分脱出、有机质分解、萃取和重金属固化。
进一步的，所述步骤S1的萃取剂是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一种或多种的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：使用了萃取剂，加速了低分子有机质和分解的有机质的溶解和萃取行为，能使污泥有机质含量降低50%。
进一步的，所述步骤S1的碱性固化剂是水玻璃。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用水玻璃可以将污泥中的残余有机质、重金属和胶凝材料粘结起来，并获得高强度的微波聚合物。
进一步的，所述步骤S1的重金属固化剂是EDTA。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用EDTA不仅可以进一步固化污泥中的重金属，也能降低有机质。
进一步的，所述步骤S3中，将印染污泥处理成的颗粒直径在5-50cm范围内。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据处理后的污泥用途调整颗粒的直径大小，进而获得所需级配的轻质填充材料。
进一步的，所述步骤S4中，微波功率范围为100W-7000W，微波处理时间范围为30S-1000S。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据待处理的污泥总量多少确定微波的功率大小和微波时间。
