CN113769321B - 一种有机固废中微塑料的降解方法 - Google Patents

一种有机固废中微塑料的降解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机固废中微塑料的降解方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将含有微塑料的有机固废注入反应釜中；S2：将金属过氧化物加入反应釜中，使其与所述有机固废均匀混合并最终得到混合物；S3：将所述反应釜加热，使所述混合物进行热水解反应，得到微塑料水解产物。本发明与现有技术相比的优点在于：通过热水解反应得到的微塑料水解产物可生化性好，继续厌氧消化可以提高产气率，不仅有利于实现微塑料水解产物的资源化利用，还能同步实现有机固废的稳定化和减量化处理。

Description

一种有机固废中微塑料的降解方法
技术领域
本发明涉及有机固废的处理技术领域，具体是指一种有机固废中微塑料的降解方法。
背景技术
有机固废物是指人类活动产生的含有有机成分的固体废物或物质，包括农业固废(如作物秸秆、畜禽粪便)、工业固废(如工业污泥)及城市固废(如绿色废物、厨余垃圾、塑料)等，有机固废中含有微塑料、有机污染物等新污染物，废物处理不当、效率低下会导致环境污染、生态系统破坏、危害人类健康、自然资源枯竭等一系列环境问题。
研究发现，如农业秸秆、污泥、粪便、生活垃圾等有机固废中已经发现了微塑料的存在，而微塑料的存在会对生态系统的安全性构成重要威胁，有机固废作为土地资源化利用的重点实施对象，若不解决其中所含微塑料污染问题，将导致陆地系统微塑料污染的源头输入，因此在应对有机固废资源化处理的时候，同时要对微塑料的降解进行考量。
微塑料具有常温物理性能稳定、耐酸碱腐蚀等特性，较高的分子量和稳定结晶结构导致它耐受性很好，降解速度慢。目前关于微塑料的水热降解研究较少，但是已有文献表明废塑料在进行水热降解反应时，温度达到了250-350℃的高温条件，因高温处理会使有机固废中有机物焦化，而不适用于有机固废中微塑料的降解；而且有机固废的高温处理设备投资费及运转费用高，产物不利于后续的处置。因此有必要予以改进。
发明内容
本发明提供一种有机固废中微塑料的降解方法，其能够解决的技术问题是：如何对微塑料进行降解以实现有机固废的资源化利用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种有机固废中微塑料的降解方法，包括如下步骤：
S1：将含有微塑料的有机固废注入反应釜中；
S2：将金属过氧化物加入反应釜中，使其与所述有机固废均匀混合并最终得到混合物，混合物的pH为7-9；
S3：将所述反应釜加热，使所述混合物在180℃以下进行热水解反应，得到微塑料水解产物，微塑料水解产物为小分子可生物降解产物，其为有害物质去除效率达到58%-84%的液相产物。
S4：将所述微塑料水解产物置于厌氧消化设备中进行厌氧消化，得到沼气。
所述厌氧消化的反应温度为34-36℃，反应时间为28-32天，所述厌氧消化设备的搅拌速度为120-150r/min。
所述步骤S1中，所述有机固废与其内含有的微塑料的重量比为50-200:1。
所述步骤S1中的微塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚碳酸脂（PC）中的一种或几种混合物，所述微塑料的粒径小于5mm。
所述步骤S1中的有机固废含水率为75-95%，有机固废采用污泥、生活垃圾、市政固废、畜禽废弃物、农副产品加工废弃物等，其中，农副产品加工废弃物包括酒糟、蔗渣、食品下脚料、木屑等。
所述步骤S2中，所述金属过氧化物与所述有机固废加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）的重量比为0.1-0.25：1，所述反应釜的搅拌转速为1000-1600r/min，搅拌时间为10-30min。
所述金属过氧化物为过氧化钙、过氧化钾、过氧化钠中的一种或几种混合物。
所述步骤S3中的反应釜以5℃/min 加热至100-180℃，恒温保持在1-7h。
采用上述方法后，本发明和现有技术相比所具有的有益效果是：
1.有机固废中加入的金属过氧化物在热水解反应中会伴随一定量的碱生成，使反应的pH提高，对整个反应起到了催化作用，同时过氧化物具有很强的氧化性，因此会对微塑料造成氧化作用进而促进微塑料的降解；
2.金属过氧化物的添加使得水热温度可以低于微塑料单独的降解温度，能耗低，降低了经济成本，同时热水解反应的温度较低，不易产生美拉德反应，控制有机物的焦化作用，避免厌氧消化过程被抑制；
3.通过热水解反应得到的微塑料水解产物可生化性好，继续厌氧消化可以提高产气率，不仅有利于实现微塑料水解产物的资源化利用，还能同步实现有机固废的稳定化和减量化处理。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
有机固废选用含水率为78%的脱水污泥，称取10g脱水污泥注入50ml反应釜中，以100：1的重量比将0.1g的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的脱水污泥；
按照过氧化钙与该脱水污泥加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至180℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持3h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.3%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到84.45%。
实施例2：
有机固废选用含水率为83%的脱水污泥，称取15g脱水污泥注入50ml反应釜中，以150：1的重量比将0.1g的聚酰胺（PA）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的脱水污泥；
按照过氧化钙与该脱水污泥加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1500r/min搅拌20min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至180℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持3h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升14.2%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到62.31%。
实施例3
有机固废选用含水率为89%的脱水污泥，称取20g脱水污泥注入50ml反应釜中，以200：1的重量比将0.1g的聚碳酸脂（PC）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的脱水污泥；
按照过氧化钙与该脱水污泥加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至180℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.8%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到72.31%。
实施例4
有机固废选用含水率为76%的牛粪，称取5g牛粪注入50ml反应釜中，以50：1的重量比将0.1g的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的牛粪；
按照过氧化钙与该牛粪加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至140℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升12.5%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到72.84%。
实施例5
有机固废选用含水率为83%的牛粪，称取20g牛粪注入50ml反应釜中，以200：1的重量比将0.1g的聚碳酸脂（PC）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的牛粪；
按照过氧化钙与该牛粪加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至140℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.4%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到67.59%。
实施例6
有机固废选用含水率为93%的牛粪，称取20g牛粪注入50ml反应釜中，以200：1的重量比将0.1g的聚酰胺（PA）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的牛粪；
按照过氧化钙与该牛粪加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至140℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.6%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到77.46%。
实施例7
有机固废选用含水率为81%的餐厨垃圾，称取20g餐厨垃圾注入50ml反应釜中，以200：1的重量比将0.1g的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的餐厨垃圾；
按照过氧化钙与该餐厨垃圾加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至120℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.7%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到62.27%。
实施例8
有机固废选用含水率为90%的餐厨垃圾，称取20g餐厨垃圾注入50ml反应釜中，以200：1的重量比将0.1g的聚酰胺（PA）微塑料加入到反应釜中，微塑料尺寸为0.27-0.55mm，反应釜以1000r/min搅拌30min，从而在反应釜中得到含有微塑料的餐厨垃圾；
按照过氧化钙与该餐厨垃圾加热后产生的挥发性悬浮物（VSS）为0.2：1的重量比，将过氧化钙加入反应釜中，然后反应釜以1000r/min搅拌30min；
将内衬压盖压实后使反应釜密封关紧，之后将反应釜放入马弗炉中，并以5℃/min加热至120℃，使混合物进行热水解反应，然后恒温保持5h后进行冷却，直到马弗炉炉内温度低于100℃ 后将反应釜取出,然后在反应釜自然冷却至室温后将其打开，得到微塑料水解产物；
将微塑料水解产物置于厌氧消化设备中，设置反应温度为35℃，转速为150r/min,厌氧消化反应时间为30天，最终得到的沼气中产甲烷产率提升13.9%。
采集并分析厌氧消化反应后的微塑料水解产物样品，微塑料降解率达到58.23%。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种有机固废中微塑料的降解方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将含有微塑料的有机固废注入反应釜中；
S2：将金属过氧化物加入反应釜中，使其与所述有机固废均匀混合并最终得到混合物；
S3：将所述反应釜加热，使所述混合物在180℃以下进行热水解反应，得到微塑料水解产物；
S4：将所述微塑料水解产物置于厌氧消化设备中进行厌氧消化，得到沼气；
所述厌氧消化的反应温度为34-36℃，反应时间为28-32天，所述厌氧消化设备的搅拌速度为120-150r/min；
所述步骤S1中，所述有机固废与其内含有的微塑料的重量比为50-200:1；
所述步骤S2中，所述金属过氧化物与所述有机固废加热后产生的挥发性悬浮物的重量比为0.1-0.25：1，所述反应釜的搅拌转速为1000-1600r/min，搅拌时间为10-30min；
所述步骤S3中的反应釜以5℃/min 加热至100-180℃，恒温保持在1-7h。
2.根据权利要求1所述的一种有机固废中微塑料的降解方法，其特征在于：所述步骤S1中的微塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚碳酸脂中的一种或几种混合物，所述微塑料的粒径小于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种有机固废中微塑料的降解方法，其特征在于：所述步骤S1中的有机固废含水率为75-95%。
4.根据权利要求1所述的一种有机固废中微塑料的降解方法，其特征在于：所述金属过氧化物为过氧化钙、过氧化钾、过氧化钠中的一种或几种混合物。
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