申请日2014.07.01
公开(公告)日2014.10.29
IPC分类号B01J21/06; C02F1/32; B01D53/72; B01D53/86
摘要
本发明公开了一种剩余污泥负载光催化剂，所述光催化剂负载于在剩余污泥载体上，并经煅烧、研磨，得到可高效降解甲醛和有机废水的剩余污泥负载光催化剂。本发明公开了剩余污泥负载光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按质量比6:1称取剩余污泥与TiO2光催化剂，混匀后置于540℃马弗炉煅烧，并研磨成粉末状或粒状。本发明还公开了剩余污泥负载光催化剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：将待降解物质置于反应器中，加入剩余污泥负载光催化剂，打开紫外灯照射，完成甲醛降解并回收光催化剂。本发明所述剩余污泥负载光催化剂负载率高、不易脱落，且光催化效率高、效果稳定;本发明所提供的制备方法和应用简便，成本低廉，可在空气净化和有机废水处理中推广应用。
权利要求书
1.一种剩余污泥负载光催化剂及其制备方法与应用，其特征在于：所述光催化剂负载于城市污水厂经浓缩、调治、脱水、稳定后的剩余污泥上，经煅烧、研磨，得到可高效降解甲醛和有机废水的剩余污泥负载光催化剂。
2.根据权利要求1所述剩余污泥负载光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称重：按照质量比6:1称取剩余污泥载体与TiO2光催化剂;
(2)混匀：将称好的剩余污泥载体与光催化剂混合均匀;
(3)煅烧：将混匀后的混合物在马弗炉中煅烧，温度设置为540℃;
(4)研磨：将煅烧后的剩余污泥负载TiO2光催化剂研磨成粉末状或粒状。
3.根据权利要求1所述剩余污泥负载光催化剂降解甲醛的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将甲醛溶液注入反应器;
(2)利用加热装置将甲醛溶液气化;
(3)将所述污泥负载光催化剂置于反应器中;
(4)打开紫外灯照射;
(5)完成甲醛降解，回收光催化剂。
利用剩余污泥负载光催化剂降解有机废水，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入有机废水;
(2)将所述污泥负载光催化剂加入至有机废水中;
(3)打开紫外灯照射;
(4)对反应器进行搅拌2 h;
(5)沉淀静置30 min，排出上清液水;
(6)重复步骤(1)操作。
说明书
剩余污泥负载光催化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种污水处理厂剩余污泥资源化利用方法。本发明还涉及光催化技术实际应用领域，尤其涉及一种新型剩余污泥负载光催化剂。
背景技术
目前，活性污泥法和生物膜法等生物法被广泛应用于城市污水处理中，但在污水处理过程中通常会产生大量剩余污泥。
剩余污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物，是污水处理厂的必然产物。据《2013-2017年中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计2010年我国城镇污水处理厂已经建有2500多座，城市污水处理能力已达到每天1.22亿吨，为实现国家的减排目标和水环境改善，做出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥，以含水率80%计，全国年污泥总产水量将很快突破3000万吨，污泥处理形势十分严峻。剩余污泥的处理费用占整个污水厂投资及运行费用的25%～65%。因此，剩余污泥的处理与处置是城市污水厂亟待解决的问题。
目前，污泥处置的一般方法包括填埋、焚烧等，但是这些方法存在一些弊端。因此，污泥的根本出路是资源化利用。目前，剩余污泥资源化利用的主要途径有农业利用、建材利用、能源利用、制取微生物絮凝剂等。
剩余污泥的资源化利用目前正处于市场推广与工程放大的上升期，其不但解决了污泥的处置问题，同时也解决能源的出路问题，具有广阔的应用前景。然而，由于技术尚不成熟，以及各种现实因素的阻碍，剩余污泥的资源化利用效率仍较低，稳定性有待提高。
光催化技术是近年来发展起来的一种高效的污染物降解技术，二氧化钛(TiO2)作为一种绿色环保型光催化剂具有较高的光催化活性，且具有稳定高效、无毒价廉、常温常压下即可操作等优点，在空气净化、抗菌消毒以及污水处理等领域中得到广泛研究与应用。
TiO2负载于适当的载体后，可获得较大的表面结构和适合的孔结构，并具有一定的机械强度和较好的流化性能，以便在各种反应床上应用。活性炭具有较强的吸附性，能将水中的微量污染物富集在光催化剂表面，可为光催化剂提供高浓度的污染物环境而加快污染物光催化降解速率。因此，将光催化剂负载于活性炭上是提高光催化剂催化效率的一种很好的途径。
目前，制备负载型光催化剂的技术很多，主要有粉体烧结法、偶联法、水解沉淀法、离子交换法和溶胶-凝胶法等。这些方法虽技术成熟且应用广泛，但操作复杂，成本较高。 有研究先将污水厂的絮凝污泥或剩余污泥活化成活性炭，再通过溶胶-凝胶法将光催化剂负载于活性炭上，制备出活性炭负载光催化剂。活性炭具有吸附作用，能为光催化降解甲醛提供一定的吸附力，因而从一定程度上提升了光催化活性。然而，活化成本较高，操作繁琐，且将光催化剂负载于活性炭在技术上较难实现，负载率低，易脱落。以上不足使得活性炭负载光催化剂制备成本较高，且性能不稳定。本发明将光催化剂直接负载于剩余污泥上，经煅烧、研磨，研发出一种新型剩余污泥负载光催化剂，不仅简化了制备工艺、降低了制备成本，还提升了光催化剂的光催化性能，因而具有巨大的应用潜力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服目前负载型光催化剂负载率较低、制备工艺复杂、费用较高等难题，提供一种负载率高且成本低的新型剩余污泥负载TiO2光催化剂，该剩余污泥负载光催化剂将光催化剂直接负载于剩余污泥上，并提供一种操作简单、成本低廉的剩余污泥负载光催化剂制备方法及其在空气净化中的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种新型剩余污泥负载光催化剂，其特征在于：所述剩余污泥负载光催化剂以剩余污泥为载体，所述载体上负载有TiO2光催化剂，所述载体与光催化剂质量比为6:1。
上述技术方案中，所述剩余污泥采用城市污水厂经浓缩、调治、脱水、稳定后的剩余污泥。若污水厂进水中含有重金属或其他有毒有害物质，剩余污泥应进行重金属析出及消毒等预处理。
本发明还提供了一种剩余污泥负载光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称重：按一定比例称取剩余污泥和TiO2光催化剂;(2)混匀：将称好的剩余污泥载体与光催化剂混合均匀;(3)煅烧：将混匀后的混合物在马弗炉中煅烧;(4)研磨：将煅烧后的剩余污泥负载光催化剂研磨成粉末状或粒状。
所述剩余污泥与二氧化钛质量比为6:1。
所述煅烧操作温度为540℃。
所述研磨使用研钵，研磨后粒径不大于5mm。
本发明通过将光催化剂负载在剩余污泥上并经煅烧，得到可高效降解甲醛的污泥负载光催化剂。所述剩余污泥经煅烧后具有疏松多孔结构，可为光催化剂降解污染物质提供较大的比表面积，因而可提升光催化剂的光催化降解性能。所述剩余污泥负载光催化剂不仅可高效降解室内空气污染物质甲醛，对其他室内空气污染物质及有机废水也有较好降解效果。所述剩余污泥负载光催化剂的制备方法简单，成本低廉，具有广阔的应用前景和市场价值。
本发明还提供了剩余污泥负载光催化剂的应用，利用剩余污泥负载光催化剂降解甲醛，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将甲醛溶液注入反应器;
(2)利用加热装置将甲醛溶液气化;
(3)将所述剩余污泥负载光催化剂置于反应器中;
(4)打开紫外灯照射;
(5)完成甲醛降解，回收光催化剂。
所述甲醛初始浓度为18.34～26.72mg/m3时，剩余污泥负载光催化剂对甲醛具有良好的降解效果。
利用剩余污泥负载光催化剂降解有机废水，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入有机废水;
(2)将所述污泥负载光催化剂加入至有机废水中;
(3)打开紫外灯照射;
(4)对反应器进行搅拌2h;
(5)沉淀静置30min，排出上清液水;
(6)重复步骤(1)操作。
所述甲醛浓度为618.3～1326.8mg/L时，剩余污泥负载光催化剂对有机废水具有良好的处理效果。
本发明的有益效果：本发明所述剩余污泥负载光催化剂负载率高，不易脱落，且处理效率高，煅烧后的剩余污泥为光催化提供载体和吸附力，不仅能有效净化环境，还能有效解决剩余污泥处置难题;本发明所述污泥负载光催化剂制备方法简单，成本低廉，可在空气净化和有机废水处理中广泛推广应用。
