CN106219922A - 一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，它涉及污泥的破解方法。本发明方法：将碱和单过硫酸盐加入到待破解污泥中，搅拌，反应，将破解后污泥的上清液打回至曝气池，剩余污泥再进行脱水等处理，即完成。本发明中单过硫酸盐在碱的催化作用下，由于单过硫酸盐结构的不对称性，不稳定产生硫酸根自由基，硫酸根自由基利用其自身的氧化能力可以破坏污泥絮体结构，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使微生物细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质。本发明的特点：污泥处理效果好，不产生有毒有害副产物，可以为污水处理提供所需碳源，催化剂碱和氧化剂单过硫酸盐绿色、安全、无毒副作用。

Description

一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法
技术领域
本发明涉及一种污泥破解的方法，具体涉及一种利用自由基破解污泥的方法。
背景技术
污泥是生物法处理污水过程中的副产物，由大量微生物种群及附着在上面的无机物及有机物所形成的菌胶团构成，其中包含难降解的有机物、重金属和盐类，另有较少的病原微生物和寄生虫卵等也包含其中，成分非常复杂。同时，污泥含水率高、体积大，需要进行脱水处理。未经处理的污泥随意堆放和排放会占用大量土地，且导致附近生态的严重破坏，还会浪费污泥中的可利用资源。因此，如何经济有效的处理处置污泥已成为各方广泛关注的问题。
基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术，其标准氧化还原电位为E0＝2.6-3.1V。相比于羟基自由基(·OH)，硫酸根自由基在酸性和中性条件下比较稳定，碱性条件下硫酸根自由基可以氧化H2O或者HO-，生成·OH，因此，硫酸根自由基的适用范围宽，具有广阔的应用前景。通过高温热活化、光催化、微波活化、活性炭活化、过渡金属催化等方式分解单过硫酸盐能够产生硫酸根自由基。
发明内容
本发明的目的是提供一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法。通过硫酸根自由基氧化对污泥进行预处理，改变污泥的物理、化学及生物特性，使污泥絮体和细胞结构破裂，固体物质含量降低，脱水和沉降性能提高。
本发明的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：
一、将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池，用以增加活性污泥法处理污水所需的碳源；
三、经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成利用硫酸根自由基破解污泥的方法；
所述的单过硫酸盐为单过硫酸钠、单过硫酸钾、单过硫酸铵、单过硫酸钙、单过硫酸镁中的一种或几种按任意比混合的混合物；所述碱为氢氧化钙和氧化钙中的一种或两种按任意比混合的混合物。
本发明的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法原理是单过硫酸盐在碱的催化作用下，由于单过硫酸盐结构的不对称性，不稳定产生硫酸根自由基，然后硫酸根自由基利用其自身的氧化能力可以破坏污泥絮体结构，释放出结合水，改善污泥脱水性能，使微生物细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质。同时碱中的钙离子(Ca2+)与硫酸根自由基反应后生成的硫酸根离子形成硫酸钙(CaSO4)，硫酸钙可以作为混凝剂，使污泥易于沉淀和脱水。
本发明的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，具有如下优点：
(1)强氧化性的硫酸根自由基(SO4 ·-)反应活性高，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质。
(2)碱中的钙离子(Ca2+)和硫酸根自由基反应后生成的硫酸根离子形成硫酸钙(CaSO4)，硫酸钙可以作为混凝剂，使污泥易于沉淀和脱水。
(3)绿色氧化剂单过硫酸盐和碱作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行。
(4)pH适用范围宽，反应中不需要调节pH，受污泥特性影响小。
附图说明
图1是实施例中利用硫酸根自由基破解污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)溶出曲线图；
图2是实施例中利用硫酸根自由基破解污泥的挥发性悬浮固体(VSS)溶出曲线图；
图3是实施例中利用硫酸根自由基破解污泥的毛细吸水时间(CST)变化曲线图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：
一、将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池，用以增加活性污泥法处理污水所需的碳源；
三、经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成利用硫酸根自由基破解污泥的方法；
所述的单过硫酸盐为单单过硫酸钠(NaHSO5)、单过硫酸钾(KHSO5)、单过硫酸铵(NH4HSO5)、单过硫酸钙(Ca(HSO5)2)、单过硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物；所述碱为氢氧化钙(Ca(OH)2)和氧化钙(CaO)中的一种或两种按任意比混合的混合物。
本实施方式的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法原理是单过硫酸盐在碱液作用下，不稳定产生硫酸根自由基，然后硫酸根自由基利用其自身的氧化能力可以破坏污泥絮体结构，释放出结合水，改善污泥脱水性能，使微生物细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质。同时碱液中的钙离子(Ca2+)与硫酸根自由基反应后生成的硫酸根离子形成硫酸钙(CaSO4)，硫酸钙可以作为混凝剂，使污泥易于沉淀和脱水。
本实施方式的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，具有如下优点：(1)强氧化性的硫酸根自由基(SO4 ·-)反应活性高，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质。(2)碱液中的钙离子(Ca2+)和硫酸根自由基反应后生成的硫酸根离子形成硫酸钙(CaSO4)，硫酸钙可以作为混凝剂，使污泥易于沉淀和脱水。(3)绿色氧化剂单过硫酸盐和碱作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行。(4)pH适用范围宽，反应中不需要调节pH，受污泥特性影响小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～8)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～7)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～6)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～5)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～4)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～3)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～2)的比例加入到待破解的污泥中。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至2000～10000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至2000～9000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至3000～9000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至3000～8000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至3000～8000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至4000～8000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至5000～8000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至6000～8000mg/L，反应时间为30～120min。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
本实施例的一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将氢氧化钙和单过硫酸钾溶液按照摩尔比为1:5的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为200mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为20000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为2000mg/L，水力反应停留时间为90min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用硫酸根自由基破解污泥的方法。
本实施例的污泥破解效果见图1、2、3。其中，图1为溶解性化学需氧量(SCOD)的溶出曲线；图2为挥发性悬浮固体(VSS)的溶出曲线；图3为毛细吸水时间(CST)变化曲线。
从图1中可以看出，对污泥进行预处理40min时，SCOD的溶出浓度可以达到5000mg/L，随着处理时间的延长，SCOD的溶出浓度基本趋于稳定。由此可见，污泥中的微生物细胞结构在硫酸根自由基破坏后，溶出了大量有机物，这些物质进一步水解成水溶性的蛋白质、多糖和有机酸等，导致SCOD浓度大幅度增加。从图2中可以看出，VSS的溶出变化规律与SCOD的溶出规律一致。从图3中可以看出，随着反应的进行，CST值逐渐下降，在反应40min时趋于平稳。由此可见，硫酸根自由基通过破坏污泥的胞外聚合物，使其中的间隙水得到释放，改善污泥的脱水性能。

Claims (10)

1.一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于利用碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：
一、将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池，用以增加活性污泥法处理污水所需的碳源；
三、经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成利用硫酸根自由基破解污泥的方法；
所述的单过硫酸盐为单过硫酸钠、单过硫酸钾、单过硫酸铵、单过硫酸钙、单过硫酸镁中的一种或几种按任意比混合的混合物；所述碱为氢氧化钙和氧化钙中的一种或两种按任意比混合的混合物。
2.根据权利要求1所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～8)的比例加入到待破解的污泥中。
3.根据权利要求2所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～6)的比例加入到待破解的污泥中。
4.根据权利要求3所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～4)的比例加入到待破解的污泥中。
5.根据权利要求4所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于将碱和单过硫酸盐按照摩尔比为1:(1～2)的比例加入到待破解的污泥中。
6.根据权利要求1所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至2000～10000mg/L，反应时间为30～120min。
7.根据权利要求6所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至4000～10000mg/L，反应时间为30～120min。
8.根据权利要求7所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至6000～10000mg/L，反应时间为30～120min。
9.根据权利要求8所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至6000～8000mg/L，反应时间为30～120min。
10.根据权利要求9所述一种碱催化单过硫酸盐产生硫酸根自由基破解污泥的方法，其特征在于控制单过硫酸盐在污泥中的浓度至7000mg/L，反应时间为60min。
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