CN113526840A - 一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，属于污泥处理领域。其首先采用易生物降解的草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS在中性条件下络合亚铁离子，提高亚铁在中性条件下的催化氧化效果。经络合催化氧化后污染底泥的胞外聚合物发生裂解，絮体颗粒发生絮体重排，从而形成过水孔道提高污泥脱水性能，为中性条件下使用氧化剂(次氯酸钠，过氧化氢或过硫酸盐)提高污泥脱水性能提供了新的方法，同时受到重金属与POPs污染的底泥，通过有机酸络合与氧化耦合可实现重金属与POPs两种污染物的同步去除。本发明制备的方法原料廉价易得，反应条件温和，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染底泥处理技术领域，特别涉及一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法。
技术背景
随着我国城镇化水平的不断提高，污水处理设施建设高速发展。大量污染物被富集、浓缩而转移至沉积物(底泥)之中，而污染底泥成分复杂、量大、含水量高。环境疏浚能够清除水体中受污染的沉积物，用于沉积物修复，不仅需要精确的疏浚，还需要预防/控制二次污染，才能安全处置受污染的沉积物。环境中的污染底泥如果没有得到安全有效的处理处置，这对环境造成严重的威胁。传统的挖泥场处理方法存在占地面积大、周期长等问题，严重制约了底泥的处理和处置。因此，有必要对疏浚后的沉积物进行脱水处理，以减少待处理的固体体积，并且开发高效的污染底泥脱水工艺是我国缓解领域的研究重点。
有机酸类(柠檬酸、酒石酸、草酸和EDDS等)等螯合剂与EDTA 类似，可与多种金属离子形成比较稳定的大分子金属螯合物。此外，柠檬酸、酒石酸、草酸和EDDS等在环境中可被生物降解，从而作为能源促进微生物成长。经络合催化氧化后污泥胞外聚合物发生裂解，絮体颗粒发生絮体重排，形成过水孔道从而提高污泥脱水性能。同时受到重金属与POPs污染的底泥，通过有机酸络合与氧化耦合可实现重金属与POPs两种污染物的同步去除。
发明内容
本发明的主要目的是通过有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥，首先通过易生物降解的草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS在中性条件下络合提高亚铁在中性条件下的催化效果，之后加入氧化剂从而提升污染底泥的脱水性能。
本发明提出一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，包括如下步骤：
1)分别取200mL污染底泥于烧杯中，采用盐酸和氢氧化钠溶液调污泥pH；
2)加入有机酸络合剂和硫酸亚铁溶液于上述污染底泥中，形成污泥混合液，并在200rpm转速下反应10min；
3)加入一定量的氧化剂于上述污染底泥混合液中，在200 rpm转速下反应30min；
4)将上述污染底泥进行污泥脱水性能测试、有机质及不同重金属含量测定。
2、如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤1)的污泥pH为2。
3、如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤2)的有机酸络合剂分别为草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS，且草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS与Fe 2+摩尔比分别为1:1、2:1、1:1和1:2。
4、如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤3)的氧化剂分别为次氯酸钠 (NaClO)，过氧化氢与过硫酸盐，且氧化剂的投加量为0.75％(v/v)。
与现有技术相比，Fenton氧化需要依赖于酸性环境，因而在应用过程中需要对废水的pH值进行调节，这就增加了工艺的运行成本和复杂性。为了提高中性条件下次氯酸盐/Fe2+的氧化能力，通常采用投加络合剂络合的方式。Fenton体系中常用的络合剂EDTA或NTA等，乙二胺四乙酸(EDTA)和NTA为含羧基和氨基的六齿配合物，配位能力强，可与Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等二价金属离子结合生成稳定常数很大的金属螯合物。然而，EDTA在环境中的微生物降解能力较差，且易与有毒的重金属螯合进而造成环境污染。有机酸类(柠檬酸、酒石酸、草酸和EDDS等)等螯合剂与EDTA类似，也可与多种金属离子形成比较稳定的大分子金属螯合物。此外，柠檬酸、酒石酸、草酸和EDDS等在环境中可被生物降解，从而作为能源促进微生物成长。因此，通过有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥，不仅可以提升亚铁催化氧化的能力，实现了污染底泥脱水性能的提高，同时是一种环境友好的污染底泥处理技术。
附图说明
图1是不同有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥对污染底泥污泥比阻的影响；
图2是不同有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥对污染底泥溶解性组分(DOM)的影响；
图3是不同有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥过程中 POPs的去除率；
图4是不同有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥过程中重金属的去除率；
图5是原始污染底泥的指标参数。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实例进行详细描述，但本发明不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明采用有机酸螯合亚铁催化技术处理污染底泥的方法，利用某地污染底泥为目标污泥，通过易生物降解的草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS等有机酸在中性条件下络合，从而提高亚铁在中性条件下的催化效果，经络合催化氧化后污泥胞外聚合物发生裂解，溶解性EPS 和疏松结合性EPS含量明显降低，絮体颗粒发生絮体重排，形成过水孔道提高污泥脱水性能。同时受到重金属与POPs污染的底泥，通过有机酸络合与氧化耦合可实现重金属与POPs两种污染物的同步去除。
此外，本发明中通过研究氧化剂与亚铁的投配比，氧化剂的投加量及反应时间对亚铁催化次氯酸钠调理污泥效能的影响作用，从而实现调理过程的优化；并在中性条件下，评估不同有机酸(柠檬酸、酒石酸、草酸和EDDS)络合亚铁催化次氯酸钠调理污泥的效能。
案例1
取一定量污染底泥，控制Fe2+投加量，分别投加一定浓度梯度的草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS至污染底泥中，放置在设有200rpm/min 的六联搅拌仪常温搅拌反应10min，之后加入一定量的次氯酸钠溶液，在200rpm/min中的搅拌下反应180min后，利用污泥比测定反应前后污泥的脱水性能变化，其中次氯酸钠/Fe2+的摩尔比为1。结果显示，如图1所示，草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS与Fe2+摩尔比分别为1:1、2:1、1:1和1:2时脱水效能最高。对比四种有机酸络合剂的最低点SRF看出，经草酸和EDDS处理后SRF远低于酒石酸和柠檬酸，SRF分别为3.80*1011m/Kg和4.32*1011m/Kg。
案例2
取一定量污染底泥，控制Fe2+投加量，分别投加一定浓度梯度的草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS至污染底泥中，并控制草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS与Fe2+摩尔比分别为1:1、2:1、1:1和1:2，放置在设有200rpm/min的六联搅拌仪常温搅拌反应10min，之后加入一定量的次氯酸钠溶液，在200rpm/min中的搅拌下反应180min后，分别测定污染底泥处理前后不同分子量的变化，及污染底泥重金属与 POPs含量的变化，其中次氯酸钠/Fe2+的摩尔比为1。结果显示，经过不同有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理后，如图2所示，污染底泥分离水中的大分子量(32000Da)有机质含量明显减少，且小分子量范围(6800、4300、210Da)有机质含量升高；如图3所示，污染底泥中的POPs的浓度明显降低，其中三氯杀螨醇去除率可达到50％以上；如图4所示，污染底泥中Cu(II)、Zn(II)及Pb(II)等重金属去除率可达到50-60％，而As及Ni等重金属去除率可达到30％左右。因此，有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥在提升污染底泥脱水性能的同时，可同步去除POPs及重金属，证明该技术可被应用至实际污染底泥修复领域。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：分别取200mL污染底泥于烧杯中，采用盐酸和氢氧化钠溶液调污泥pH；加入有机酸络合剂和硫酸亚铁溶液于上述污染底泥中，形成污染底泥混合液，并在200rpm转速下反应10min；加入一定量的氧化剂于上述污染底泥混合液中，在200rpm转速下反应30min；将上述污染底泥进行污泥脱水性能测试、有机质及不同重金属含量测定。
2.如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤1)的污泥pH为2。
3.如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤2)的有机酸络合剂分别为草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS，且草酸、酒石酸、柠檬酸和EDDS与Fe 2+摩尔比分别为1:1、2:1、1:1和1:2。
4.如权利要求1所述的一种有机酸螯合亚铁催化氧化技术处理污染底泥的方法，其特征在于所述步骤3)的氧化剂分别为次氯酸钠(NaClO)，过氧化氢与过硫酸盐，且氧化剂的投加量为0.75％(v/v)。
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