CN109231688A

CN109231688A - 一种利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法

Info

Publication number: CN109231688A
Application number: CN201811226855.0A
Authority: CN
Inventors: 牟安琪; 周启星
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本发明提供了一种利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法，涉及厌氧消化的启动、运行过程和光催化处理雌二醇。本方法利用厌氧消化及光催化后处理处理黑水中雌二醇并同步产沼气，按照以下步骤进行：厌氧反应器中加入含有雌二醇的黑水，密封处理，连接气袋用于收集沼气，控制32℃反应温度，搅拌使反应体系混合均匀，运行30天，消化液的上清液加入二氧化钛放于光化学反应器中进行光催化反应，运行30分钟。本发明能够有效降解雌二醇，减少雌激素对环境的污染，同时对黑水中其他有机污染物的去除具有重要的指导和借鉴意义，处理过程简单，条件温和，且无其他污染物产生，环境友好，具有良好的应用潜力。

Description

一种利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法

技术领域

本发明涉及环境、雌激素、黑水、厌氧及光催化领域，具体说是一种利用厌氧消化及后处理光催化技术处理黑水中雌二醇并同步产沼气的方法。

背景技术

新兴污染物包括表面活性剂、阻燃剂、个人护理产品、汽油添加剂、生物杀灭剂，极性农药及其降解产物、微塑料、各种内分泌干扰物和药物。这些新兴污染物可能出现在地表水和地下水中，因为其中一些污染物不易降解。虽然它们通常以较低浓度存在，但是它们对环境的短期和长期的影响还未完全发现。但是一些污染物已经包含在监测计划中，如雌二醇。雌二醇是一种天然雌激素，由人和动物通过尿液排泄到黑水中，即使很少的剂量也会对水生生物造成破坏，并且有可能进入食物链并影响人类。

源分离污水技术是一种创新的生活污水处理策略，旨在最大限度减少能源和水的使用，并且最大限度地回收水、有机物和养分。它是基于对浓缩厕所废水(黑水)和其余生活废水(灰水)的单独收集和处理。厌氧是源分离概念中的核心技术，它可以最大限度利用废水中资源。大部分有机物在厌氧反应器中转化为沼气，营养物质可以以磷酸铵镁形式从流出物中回收。但是在厌氧条件下，雌二醇很难被降解，并且雌酮会转变为雌二醇，使雌二醇浓度增加，所以就需要一个后处理来降解雌二醇。

光催化反应就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光催化具有反应条件温和，氧化能力强且能将有机微污染物转化为无机小分子且无害化的优点。有研究表明，用二氧化钛作为催化剂降解雌二醇可以使其去除且不产生具有生物活性的中间产物。

发明内容

本发明的目的是解决含雌二醇黑水的环境友好且处理高效的问题，提供一种利用厌氧消化及光催化联用技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法。

本发明的技术方案：

一种利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法，包括以下步骤：

1)厌氧消化装置的设置，所述的厌氧消化装置包括厌氧瓶及与其连接的气袋，气袋与厌氧瓶之间用玻璃管进行连接，厌氧瓶中加入厌氧污泥和含有雌酮的黑水，玻璃管底部在厌氧瓶中的位置位于液面上方，厌氧瓶中液体上方空间内充满氮气；

2)光化学反应器的设置，所述的光化学反应器包括搅拌器和光源，该光源设于搅拌器的顶部位置；

3)含雌二醇的黑水的处理，将厌氧污泥和含有雌二醇的黑水加入厌氧瓶中，厌氧瓶通过玻璃管与气袋密闭连接，将气袋抽真空，厌氧瓶中液体上方空间填充氮气，控制一定温度经厌氧发酵处理含雌二醇的黑水并得到沼气；将厌氧瓶中厌氧发酵后的消化液加入二氧化钛，放入光化学反应器中，在搅拌器连续搅拌下进行光催化进一步处理含雌二醇的黑水。

进一步的，步骤1)中：是在250ml厌氧瓶上连接一个气袋用于收集沼气气体，瓶中加入50ml厌氧污泥和150ml含有雌二醇的黑水。步骤2)中：搅拌器用于使二氧化钛催化剂充分与消化液接触。步骤3)中：厌氧瓶中进行厌氧消化处理30天后将消化液中加入0.1g/L的二氧化钛，然后放入光化学反应器中进行光催化30分钟。

进一步的，含有雌酮黑水通过以下方法得到：黑水的配比：淀粉5g/L,干酪素2.5g/L,油酸3.5g/L,磷酸氢二钠0.06g/L,二水磷酸二氢钠0.25g/L,氯化铵4.2g/L,氯化钾0.02g/L,尿素0.56g/L,磷酸氢二胺0.66g/L,微量元素溶液10ml/L，维他命溶液10ml/L，调节人工配比黑水pH至6.8-7；向黑水中加入雌二醇，使浓度达到250ug/L。

本发明的优点是：1、首次将厌氧消化与光催化进行结合处理含有雌二醇的黑水。2、无需复杂条件，既能实现黑水和雌二醇的降解，又能产生沼气。

本发明的结果是，30天后雌二醇的降解率达到了55％，同时产沼气量也达到了48±10ml/d。

附图说明

图1为不同实验条件下雌二醇的降解百分比比较图，其中Ⅰ代表实施例1，Ⅱ代表实施例2，Ⅲ代表实施例3。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明实施例通过厌氧消化装置及光化学反应器实现，其中厌氧消化装置包括厌氧瓶及与其连接的气袋，气袋与厌氧瓶之间用玻璃管进行连接，厌氧瓶中加入厌氧污泥和含有雌二醇的黑水，玻璃管底部在厌氧瓶中的位置位于液面上方，厌氧瓶中液体上方空间内充满氮气；光化学反应器包括搅拌器和光源，该光源设于搅拌器的顶部位置。光源的目的是光照，搅拌器的目的是使二氧化钛催化剂充分与消化液接触。

本发明实施例中，含有雌二醇的黑水通过以下方法得到：黑水的配比：淀粉5g/L,干酪素2.5g/L,油酸3.5g/L,磷酸氢二钠0.06g/L,二水磷酸二氢钠0.25g/L,氯化铵4.2g/L,氯化钾0.02g/L,尿素0.56g/L,磷酸氢二胺0.66g/L,微量元素溶液10ml/L，维他命溶液10ml/L，调节人工配比黑水pH至6.8-7；向黑水中加入雌二醇，使浓度达到250ug/L。

实施例1：

步骤1：将50ml啤酒厂UASB厌氧污泥和150ml人工配比的含有雌二醇的黑水加入至250ml的厌氧瓶中，再向其中加入雌二醇储备液，使其在厌氧瓶中浓度达到250ug/L，厌氧瓶盖子上连接玻璃管，玻璃管另一头连接1L的气袋，装置开始前将气袋抽真空，厌氧瓶中液体上方填充氮气，以保证厌氧状态，控制反应温度32℃，厌氧发酵30天后黑水的TOC去除率为63％，雌二醇的去除率为6％，平均产沼气量为48±10ml/d。

步骤2：30天后厌氧瓶中的消化液移入250ml玻璃瓶中，并加入二氧化钛使其浓度达到0.1g/L,将玻璃瓶放入光化学反应器中用可见光照射30分钟，并保持连续搅拌状态，30分钟后黑水的TOC去除率为95％，雌二醇的去除率为55％。

本实施例在厌氧条件中雌二醇的去除率及光催化条件雌二醇总的去除率见附图1中的Ⅰ。

实施例2：

步骤1：将杀菌处理的50ml啤酒厂UASB厌氧污泥和杀菌处理的150ml人工配比的含有雌二醇的黑水加入至250ml的厌氧瓶中，再向其中加入杀菌的雌二醇储备液，使其在厌氧瓶中浓度达到250ug/L，厌氧瓶盖子上连接玻璃管，玻璃管另一头连接1L的气袋，装置开始前将气袋抽真空，厌氧瓶中液体上方填充氮气，以保证厌氧状态，控制反应温度32℃，厌氧发酵30天后黑水的TOC去除率为18％，雌二醇的去除率为5％，平均产沼气量为5±2ml/d。

步骤2：30天后厌氧瓶中的消化液移入250ml玻璃瓶中，并加入二氧化钛使其浓度达到0.1g/L,将玻璃瓶放入光化学反应器中用可见光照射30分钟，并保持连续搅拌状态，30分钟后黑水的TOC去除率为75％，雌二醇的去除率为52％。

本实施例在厌氧条件中雌二醇的去除率及光催化条件雌二醇总的去除率见附图1中的Ⅱ。

实施例3：

步骤1：将50ml啤酒厂UASB厌氧污泥和150ml人工配比的含有雌二醇的黑水加入至250ml的厌氧瓶中，再向其中加入雌二醇储备液，使其在厌氧瓶中浓度达到250ug/L，厌氧瓶盖子上连接玻璃管，玻璃管另一头连接1L的气袋，装置开始前将气袋抽真空，厌氧瓶中液体上方填充氮气，以保证厌氧状态，控制反应温度32℃，厌氧发酵30天后黑水的TOC总去除率为63％，雌二醇的总去除率为6％，平均产沼气量为48±10ml/d。

步骤2：30天后厌氧瓶中的消化液移入250ml玻璃瓶中，并加入二氧化钛使其浓度达到0.1g/L,将玻璃瓶放入光化学反应器中不开光源放置30分钟，并保持连续搅拌状态，30分钟后黑水的总TOC去除率为63％，雌二醇的总去除率为8％。

本实施例在厌氧条件中雌二醇的去除率及光催化条件雌二醇总的去除率见附图1中的Ⅲ。

Claims

1.一种利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法，其特征是包括以下步骤：

1)厌氧消化装置的设置，所述的厌氧消化装置包括厌氧瓶及与其连接的气袋，气袋与厌氧瓶之间用玻璃管进行连接，厌氧瓶中加入厌氧污泥和含有雌二醇的黑水，玻璃管底部在厌氧瓶中的位置位于液面上方，厌氧瓶中液体上方空间内充满氮气；

2.根据权利要求1所述的利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法，其特征是：

步骤1)中：是在250ml厌氧瓶上连接一个气袋用于收集沼气气体，瓶中加入50ml厌氧污泥和150ml含有雌二醇的黑水。

步骤2)中：搅拌器用于使二氧化钛催化剂充分与消化液接触。

步骤3)中：厌氧瓶中进行厌氧消化处理30天后将消化液中加入0.1g/L的二氧化钛，然后放入光化学反应器中进行光催化30分钟。

3.根据权利要求1或2所述的利用厌氧和光催化技术处理含雌二醇的黑水并同步产沼气的方法，其特征是含有雌二醇的黑水通过以下方法得到：

黑水的配比：淀粉5g/L,干酪素2.5g/L,油酸3.5g/L,磷酸氢二钠0.06g/L,二水磷酸二氢钠0.25g/L,氯化铵4.2g/L,氯化钾0.02g/L,尿素0.56g/L,磷酸氢二胺0.66g/L,微量元素溶液10ml/L，维他命溶液10ml/L，调节人工配比黑水pH至6.8-7；向黑水中加入雌二醇，使浓度达到250ug/L。