公布日：2023.09.01
申请日：2023.06.26
分类号：C02F11/06(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，首先将过氧乙酸加入到污泥中，得到含有过氧乙酸的污泥；然后向含过氧乙酸的污泥中通入臭氧微纳米气泡并搅拌处理，最后进行泥水分离，即获得净化后的污泥。本发明利用微纳米气泡产生剪切力、并与臭氧分子协同活化过氧乙酸，产生一系列羟基自由基、活性氮自由基、活性氧自由基及碳自由基，与污泥发生反应，使污泥中有机污染物降解矿化，使污泥中的重金属释放到上清液中，使得有机污染物和重金属通过泥水分离从而由污泥中去除。本发明臭氧微纳米气泡与过氧乙酸有显著协同作用，过氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高处理效果，降低处理成本，无需外加催化材料，不会引入二次污染。
权利要求书
1.一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：(1)、首先将过氧乙酸加入到污泥中，得到含有过氧乙酸的污泥；(2)、向含过氧乙酸的污泥中通入臭氧微纳米气泡并搅拌处理，最后进行泥水分离，即获得净化后的污泥。
2.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的过氧乙酸的投加量为每克污泥中加入5～25mg的过氧乙酸。
3.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的污泥为含有有机污染物和重金属中的一种或几种混合的底泥；有机污染物包括有磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、四环素、氟替卡松、曲安奈德、倍他米松、丙酸氯倍他索、氢化可的松、壬基酚、双酚A和阿特拉津；重金属包括有铬和铅。
4.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的臭氧微纳米气泡的平均半径为100nm～1000μm。
5.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的臭氧微纳米气泡的投加量为每克污泥中投入3～30mg的臭氧微纳米气泡。
6.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的过氧乙酸加入并通入臭氧微纳米气泡、搅拌处理的总时长为按污泥的重量进行时间叠加，每克污泥的处理时间为0.2～0.5分钟。
7.根据权利要求1所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的含过氧乙酸的污泥通过蠕动泵传输并经过臭氧微纳米气泡的排出管，进行连续流处理，从而实现向含过氧乙酸的污泥中通入臭氧微纳米气泡的目的。
8.根据权利要求3所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的过氧乙酸与有机污染物的摩尔比为0.25～1.6:1。
9.根据权利要求3所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的过氧乙酸与铬的摩尔比为0.4～2:1。
10.根据权利要求3所述的一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，其特征在于：所述的过氧乙酸与铅的摩尔比为1.6～8:1。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，解决现有技术中过氧乙酸活化方法效率低或需外加药剂或催化材料而引入二次污染的问题。
本发明的技术方案为：
一种利用微纳米气泡耦合臭氧与过氧乙酸的污泥处理方法，具体包括有以下步骤：
(1)、首先将过氧乙酸加入到污泥中，得到含有过氧乙酸的污泥；
(2)、向含过氧乙酸的污泥中通入臭氧微纳米气泡并搅拌处理，最后进行泥水分离，即获得净化后的污泥。
所述的过氧乙酸的投加量为每克污泥中加入5～25mg的过氧乙酸。
所述的污泥为含有有机污染物和重金属中的一种或几种混合的底泥；有机污染物包括有磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、四环素、氟替卡松、曲安奈德、倍他米松、丙酸氯倍他索、氢化可的松、壬基酚、双酚A和阿特拉津；重金属包括有铬和铅。
所述的臭氧微纳米气泡的平均半径为100nm～1000μm。
所述的臭氧微纳米气泡的投加量为每克污泥中投入3～30mg的臭氧微纳米气泡。
所述的过氧乙酸加入并通入臭氧微纳米气泡、搅拌处理的总时长为按污泥的重量进行时间叠加，每克污泥的处理时间为0.2～0.5分钟。
所述的含过氧乙酸的污泥通过蠕动泵传输并经过臭氧微纳米气泡的排出管，进行连续流处理，从而实现向含过氧乙酸的污泥中通入臭氧微纳米气泡的目的。
所述的过氧乙酸与有机污染物的摩尔比为0.25～1.6:1。
所述的过氧乙酸与铬的摩尔比为0.4～2:1。
所述的过氧乙酸与铅的摩尔比为1.6～8:1。
当过氧乙酸的投加量满足上述摩尔比的取值时，可有效去除污泥中的有机污染物和重金属。
本发明的优点：
(1)、微米气泡的粒径在10～50μm之间，纳米气泡的粒径在200nm以下，微纳米气泡的粒径介于二者之间；相比于普通的气泡水，微纳米气泡具有独有的特征：a、停留时间长：微纳米气泡由于体积较小，其所受到的浮力也较小，在相同条件下，其在水中停留时间长；b、气液传质效率高：气液比表面积的大小会影响传质效果，随着气体直径的减小，其表面张力就增加，微纳米气泡开始收缩，气泡内压力上升，当压力增大到无穷值时，微纳米气泡会破裂或溶解，实现了较高的气液传质效率；c、能够产生具有强氧化性的羟基自由基：当微纳米气泡因瞬间的剧烈变化而爆裂时，界面处将释放出化学能，气液界面上释放出较高浓度的正负离子，从而产生羟基自由基，羟基自由基会氧化污泥微生物细胞及其表面聚合物，使污泥絮体解体，污泥微生物细胞结构破碎，污泥细胞内细胞质溶解，最终使污泥宏观表现为固相减量；d、比表面积大：比表面积与气泡的半径呈反比，比表面积越大，空气和液体的接触面积就越大，液体中各种反应的速度就越快。
基于上述微纳米气泡的性质，将臭氧以微纳米气泡的形式通入过氧乙酸溶液中，臭氧与过氧乙酸释放的双氧水发生协同反应，产生无选择性的强氧化性的羟基自由基，可提高单独臭氧或单独过氧乙酸的氧化能力及氧化效率。具体表现在：a、可延长臭氧与过氧乙酸的接触时间，使两者充分显现耦合效应；b、可提高臭氧在过氧乙酸溶液中的溶解度，减少臭氧逸出，提高臭氧利用率；c、增加羟基自由基产生量，提高氧化效率；d、大比表面积可提供大的反应界面，从而提高臭氧活化过氧乙酸的速度。
综上所述，本发明利用微纳米气泡产生剪切力、并与臭氧分子协同活化过氧乙酸，产生一系列羟基自由基、活性氮自由基、活性氧自由基及碳自由基，与污泥发生反应，使污泥中有机污染物降解矿化，使污泥中的重金属释放到上清液中，使得有机污染物和重金属通过泥水分离从而由污泥中去除。与现有技术相比，本发明臭氧微纳米气泡与过氧乙酸有显著协同作用，过氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高处理效果，降低处理成本，无需外加催化材料，不会额外引入固体物质，不会引入二次污染，也不会使处理后的污泥量上升。
(2)、本发明过氧乙酸的投加量为每克污泥中加入5～25mg的过氧乙酸，通过对过氧乙酸添加量的控制，使得有机污染物快速去除的同时，避免产生二次污染，当过氧乙酸投加量过低，会被底泥腐殖质消耗掉，不利于污染物的去除，过氧乙酸投加量过高，会增加药剂成本，降低水体pH值，不利于后期水生态的恢复；
(3)、本发明过氧乙酸的投加量可根据污泥中有机污染物和重金属的摩尔量进行调节，使得过氧乙酸与有机污染物的摩尔比为0.25～1.6:1，过氧乙酸与铬的摩尔比为0.4～2:1，过氧乙酸与铅的摩尔比为1.6～8:1，实现有机污染物和重金属的高效除去率，因为过氧乙酸的浓度过低，生成的碳自由基浓度过小，不利于污染物的去除，而过氧乙酸浓度过高，会增加药剂费用，改变重金属价态，不利于重金属毒性降低。
(4)、本发明的臭氧微纳米气泡中，控制气泡的平均半径为100nm～1000μm，因为气泡平均半径过小时，微纳米气泡发生器的能耗较高，设备成本过高，而气泡平均半径过大时，气泡对臭氧的增溶作用下降，不利于活性自由基的生成。
(5)、本发明设定臭氧微纳米气泡的投加量为每克污泥中投入3～30mg的臭氧，因为臭氧投加量过高时，处理成本提高，臭氧利用率下降，而臭氧投加量过低时，体系活化过氧乙酸的效率下降，污染物去除率下降。
(6)、本发明处理的总时长为按污泥的重量进行时间叠加，每克污泥的处理时间为0.2～0.5分钟，使得全部污泥均能有效的与臭氧微纳米气泡接触进行处理，且避免能源浪费，而处理时间过长时，大量能量以热量形式散失，能量利用效率降低，并且处理后的底泥温度超过环境温度，造成热污染，不利于后期水体修复；而处理时间过短，污染物去除率偏低，无法达到预期处理效果。
(7)、本发明可有效去除污泥中的有机污染物和重金属，实现对污泥中全氟化合物、抗生素、环境内分泌干扰物、药物及个人护理品、石油类污染物、多环芳烃、农药、重金属等物质的有效去除。
（发明人：邹坡;薛罡;陈红;李响;钱雅洁;张艾;贺金岭）
