CN103028426B

CN103028426B - 一种用于污泥处理的氧化导向催化剂

Info

Publication number: CN103028426B
Application number: CN201210562849.9A
Authority: CN
Inventors: 李志光; 刘海林; 李明松
Original assignee: HUNAN KINGHOOD RESOURCE UTILIZATION OF SLUDGE CO Ltd
Current assignee: Hunan Kinghood Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103028426A

Abstract

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。

Description

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。

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。

以上对本发明所提供的一种用于污泥处理的氧化导向催化剂进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

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。