CN113845280B

CN113845280B - 一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法

Info

Publication number: CN113845280B
Application number: CN202111238458.7A
Authority: CN
Inventors: 戴晓虎; 杨婉; 蔡辰
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2041-10-25
Also published as: CN113845280A

Abstract

本发明涉及一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，包括表面活性剂预处理：除质，并与表面活性剂混合，使得污泥胞外聚合物和污染物释放至水相，固液分离，得到污泥泥相和富集有机物和污染物的水相；水热处理：含固率调整之后置于反应釜内密闭加热进行水热反应；固液分离：将水热反应后得到的混合物进行固液分离，将水热液与得到的水相混合，将混合液中加入过硫酸盐，利用水热液的余热活化过硫酸盐氧化过程，进一步去除其中污染物。与现有技术相比，本发明能够促进胞外聚合物和部分新兴污染物的溶出，增强药物、抗性基因等污染物的降解效果，同时提高水热处理效率，实现污泥泥相中病原微生物、抗性基因等污染物的高效削减。

Description

一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法。

背景技术

随着社会的快速发展，人类对环境的影响与破坏也拓宽到了更多领域，近年来，城市污水中已检出多种新型污染物，如药物、个人护理品等。由于此类污染物大部分都有疏水性，致使其更倾向于在污泥中积聚，研究表明城市污水经活性污泥法处理后,近65％的新型污染物通过吸附、降解等作用转移到污泥中。这无疑增加了污泥处理处置的困难，严重影响了污泥的开发利用。

此外，抗生素等药物的大量存在可造成环境中耐药细菌(ARB)和抗性基因(ARGs)的产生和积累，加速环境中抗生素耐药性的发展。研究发现，污泥作为ARGs和ARB的重要储存库，其排放使得环境中ARGs和ARB的日释放负荷升高。因而，高效削减污泥中新型污染物势在必行，其处理方法上目前亟需研发创新。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其中核心在于采用表面活性剂强化污泥水热无害化高效去除污泥中有毒有害污染物及病原微生物。

申请人在构思本技术方案时发现，水热处理不仅能够加速污泥结构的破坏，提高后续生物转化效率，还能通过高温高压消减污泥中病原微生物、ARGs等，实现污泥的无害化。然而，由于污泥的非均相特征，水热处理存在污泥受热不均、处理效率较低、耗时长等不足，亟需污泥预处理手段以实现更高效的水热消毒效果。

申请人在构思本技术方案时发现，表面活性剂的两亲特性可破坏污泥絮体结构，增强水热传质效率，进而提高水热对抗生素、病原微生物等的削减效率。同时表面活性剂可将污泥泥相中污染物转移至水相，提高污染物的可利用度，进而提高削减效率。另外，水热处理后胞内抗性基因被释放到液相中，在后续处理处置过程可能出现抗性基因丰度反弹现象，因而水热液中抗性基因等污染物的高效削减至关重要。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是保护一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，包括以下步骤：

(1)表面活性剂预处理：将污泥初筛去除杂质，并与表面活性剂混合，使得污泥胞外聚合物和污染物释放至水相，之后将处理后的污泥进行固液分离，得到污泥泥相和富集有机物和污染物的水相；

(2)水热处理：将步骤(1)中得到的污泥泥相的含固率调整至15±5％，之后置于反应釜内密闭加热进行水热反应；

(3)固液分离：步骤(2)中水热反应后得到的混合物进行固液分离，将水热液与步骤(1)中得到的水相混合，将混合液中加入过硫酸盐，利用水热液的余热活化过硫酸盐氧化过程，进一步去除其中污染物，处理后的混合液作为碳源回流至污水处理流程。

进一步地，步骤(1)中，所述污泥为市政污泥、制药污泥或两者的混合物。

进一步地，步骤(1)中，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、生物表面活性剂中的一种或多种的组合。

进一步地，步骤(1)中，所述表面活性剂的投加浓度为0.01-0.1g/g污泥干重。

进一步地，步骤(1)中，与表面活性剂混合过程为90-150r/min条件下，室温搅拌0.5-2h。

进一步地，步骤(2)中，所述水热反应温度为130-170℃，时间为50-90min，水热反应结束后，冷却至60-80℃后释压。

进一步地，步骤(3)中，过硫酸盐投加量为3-7mmol/L，反应温度控制在40-60℃。

进一步地，步骤(1)和步骤(3)中，所述污染物包括药物、抗性基因、多环芳烃中的一种或多种。

进一步地，步骤(1)和步骤(3)中，所述污染物还包括致病细菌、真菌、原生动物、寄生虫和人体、动物、植物病毒中的一种或多种。

进一步地，所述药物包括抗生素或激素中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1、表面活性剂预处理可促使污泥中的药物等难溶污染物释放至水相或胶束相，提高污染物的可利用度，进而促进污染物的削减。

2、表面活性剂的两亲特性可破坏污泥絮体结构，增强水热传质效率，提高污泥泥相中抗性基因、病原微生物等的削减。

3、利用水热处理的余热进行过硫酸盐氧化，高效削减溶出的污染物和释放的抗性基因，实现污泥水相的无害化，处理后的混合液可作为碳源回流至现有技术中的污水处理流程。

附图说明

图1为本发明提供的表面活性剂强化污水污泥水热无害化的方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种表面活性剂强化剩余污泥水热无害化的方法，属于污泥无害化领域。本方法以市政污泥、制药污泥等为底物，通过表面活性剂预处理，促进胞外聚合物和部分污染物的溶出，提高水热处理效率，实现病原微生物、药物等污染物的有效削减，并针对释放至水热液中的污染物和抗性基因，集中利用水热处理余热活化过硫酸盐氧化处理，以实现污泥的高效无害化。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

实施例1

本实施例中表面活性剂强化污泥水热无害化的方法：

(1)市政浓缩污泥40目初筛去除杂质后，投加0.05g/g污泥干重的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，90r/min条件下室温搅拌1h，处理后的污泥进行固液分离，得到污泥泥相和水相；

(2)将所述步骤(1)中污泥泥相的含固率调整至15％，置于高压密闭反应釜内加热反应，温度设定为150℃，保持50min；

(3)固液分离：所述步骤(2)中水热反应后冷却至80℃后释压，得到的混合物进行固液分离，检测水热处理后泥相和液相中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。水热液与步骤(1)中得到的水相混合后利用水热处理余热活化过硫酸盐氧化处理，过硫酸钠为3mmol/L，温度控制在60℃，处理时间为2h，检测处理后样品中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。具体消减效果见表1。

表1表面活性剂强化水热处理及水热液氧化处理后抗生素、抗性基因和病原微生物的削减对比

实施例2

本实施例中表面活性剂强化污泥水热无害化的方法：

(1)制药污泥40目初筛去除杂质后，投加0.1g/g污泥干重的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，120r/min条件下室温搅拌2h，处理后的污泥进行固液分离，得到污泥泥相和水相；

(2)将所述步骤(1)中污泥泥相的含固率调整至20％，置于高压密闭反应釜内加热反应，温度设定为170℃，保持70min；

(3)固液分离：所述步骤(2)中水热反应后冷却至70℃后释压，得到的混合物进行固液分离，检测水热处理后泥相和液相中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。水热液与步骤(1)中得到的水相混合后利用水热处理余热活化过硫酸盐氧化处理，过硫酸钠为7mmol/L，温度控制在50℃，处理时间为3h，检测处理后样品中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。具体消减效果见表2。

表2表面活性剂强化水热处理及水热液氧化处理后抗生素、抗性基因和病原微生物的削减对比

实施例3

本实施例中表面活性剂强化污泥水热无害化的方法：

(1)制药污泥40目初筛去除杂质后，投加0.01g/g污泥干重的生物表面活性剂鼠李糖脂，150r/min条件下室温搅拌1.5h，处理后的污泥进行固液分离，得到污泥泥相和水相；

(2)将所述步骤(1)中污泥泥相的含固率调整至10％，置于高压密闭反应釜内加热反应，温度设定为130℃，保持90min；

(3)固液分离：所述步骤(2)中水热反应后冷却至60℃后释压，得到的混合物进行固液分离，检测水热处理后泥相和液相中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。水热液与步骤(1)中得到的水相混合后利用水热处理余热活化过硫酸盐氧化处理，过硫酸钠为5mmol/L，温度控制在40℃，处理时间为2.5h，检测处理后样品中药物(环丙沙星、磺胺甲嘧啶)、抗性基因(qnrA、sulI、intI1)、病原微生物(粪大肠菌群、肠道病毒)的含量。具体消减效果见表3。

表3表面活性剂强化水热处理及水热液氧化处理后抗生素、抗性基因和病原微生物的削减对比

综上可以得出，污泥经过表面活性剂预处理后的水热处理得到的污泥固相中药物、抗性基因和病原微生物均大幅降低，疏水性药物和水热导致细胞破裂产生的抗性基因主要分布在水热液相中，且经集中热活化过硫酸盐处理实现进一步高效削减。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）表面活性剂预处理：将污泥初筛去除杂质，并与表面活性剂混合，使得污泥胞外聚合物和污染物释放至水相，之后将处理后的污泥进行固液分离，得到污泥泥相和富集有机物和污染物的水相；

（2）水热处理：将步骤（1）中得到的污泥泥相的含固率调整至15±5%，之后置于反应釜内密闭加热进行水热反应；

（3）固液分离：步骤（2）中水热反应后得到的混合物进行固液分离，将水热液与步骤（1）中得到的水相混合，将混合液中加入过硫酸盐，利用水热液的余热活化过硫酸盐氧化过程，进一步去除其中污染物，处理后的混合液作为碳源回流至污水处理流程；

步骤（1）中，所述污泥为市政污泥、制药污泥或两者的混合物；

步骤（2）中，所述水热反应温度为130-170℃，时间为50-90 min，水热反应结束后，冷却至60-80℃后释压；

步骤（1）和步骤（3）中，所述污染物还包括致病细菌、真菌、原生动物、寄生虫和人体、动物、植物病毒中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、生物表面活性剂中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述表面活性剂的投加浓度为0.01-0.1 g/g污泥干重。

4.根据权利要求1所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，步骤（1）中，与表面活性剂混合过程为90-150r/min条件下，室温搅拌0.5-2h。

5.根据权利要求1所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，步骤（3）中，过硫酸盐投加量为3-7 mmol/L，反应温度控制在40-60℃。

6.根据权利要求1所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（3）中，所述污染物包括药物、抗性基因、多环芳烃中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的一种表面活性剂强化污泥水热无害化的方法，其特征在于，所述药物包括抗生素或激素中的一种或多种。