CN115557656A - 一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保工程技术领域，具体涉及一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法。该降解方法包括：(1)将含有缩聚型微塑料的污泥加碱调节pH值为9‑11进行碱性发酵得发酵液；(2)将发酵液加热至170℃‑180℃温度下进行反应降解。该降解方法对污泥中的缩聚型微塑料可以达到80％以上的降解率，降解率高；而且降解仅需要3‑7天时间，降解时间短；水热反应温度低，避免了高温热解等苛刻的反应条件，也可避免生成有害气体引发潜在环境风险，同时防止污泥发生美拉德反应生成难降解有机物；而且原料使用安全，且用料少，成本比较低。
Description
技术领域
本发明属于环保工程技术领域，具体涉及一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法。
背景技术
近年来，微塑料作为一种新兴污染物得到了越来越多的关注与讨论，它们具有粒径小、比表面积大和疏水性强等特点，因此极易吸附环境中的多种污染物质。微塑料广泛存在于淡水、沉积物和陆地等自然环境中，并可以通过风力洋流等外力进行远距离迁移。日常生活中的废弃微塑料会随生活污水的排放等途径而进入周围环境，因此污水处理厂被认为是微塑料的重要汇聚地和传输途径，而由于沉降作用，微塑料在污水处理厂中从液相转移到了固相，积聚在污泥中而没有被最终去除，因此污泥中含有高浓度的微塑料。污泥最常见的处理方式是作为肥料进行土地利用，如此，会导致其中的微塑料在土壤中的长时间停留，对土壤生态系统构成威胁，通过食物链被生物体进一步吸收后具有各种潜在毒性风险。因此，基于污泥是土壤微塑料污染的驱动因素，必须对污泥里的微塑料进行削减，降低它们对污泥处理处置过程的影响以及它们进入生态环境的数量。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)和聚氨酯(PU)等缩聚型微塑料是污水污泥的主要微塑料，占比达27％-90％，而且由于微塑料的相对稳定性和耐久性以及塑料本身作为高分子量聚合物的特点导致其在常规条件下难以降解。
现有专利CN113214033A公开了一种城市污泥微塑料的降解处理方法，该专利是通过超高温好氧发酵的方法降解城市污泥中的微塑料，步骤较为复杂，设备能耗较高，生物降解时间较长，并且过程中投加的高温菌剂较难获得。
现有专利CN113769321A公开了一种有机固废中微塑料的降解方法，该专利是通过向有机固废中投加过氧化物发生热水解反应得到产物后继续厌氧消化来降解微塑料，但是过氧化物的强氧化性在工业应用上可能产生风险，同时，过氧化物的投加量必须足够多，否则就会减弱自由基的氧化作用从而降低对微塑料的降解效果。
综上，现有降解微塑料的方法存在步骤复杂、能耗高、降解时间长、反应原料难获得、应用有风险和降解方法条件苛刻等缺陷。因此，一种快速、条件温和以及比较经济的污泥中微塑料的降解方法是有必要的。
发明内容
针对以上问题，本发明目的在于提供一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法，该方法通过将含有缩聚型微塑料的污泥进行碱性发酵后进行热水解反应，最后得到污泥微塑料混合热碳化产物以及液相产物从而降解微塑料。该降解方法与现有技术相比，工艺简单，不仅能实现污泥的稳定化和减量化处理以及产物的资源化利用，更为重要的是，充分考虑到污泥的多介质特性以及缩聚型微塑料的解聚条件，合理调控反应过程中的温度与时间，利用热碱联合处理过程中从污泥中增溶出的有机营养物质和无机金属离子之间的协同作用产生自催化效应，以快速、温和、经济的方式对污泥中微塑料进行削减与控制，从而降低其可能产生的生态环境风险。
为了达到上述目的，本发明可以采用以下技术方案：
本发明提供一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其包括：(1)将含有缩聚型微塑料的污泥加碱调节pH值为9-11进行碱性发酵得发酵液；(2)将发酵液加热至170℃-180℃温度下进行反应降解。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱可以选自NaOH或Ca(OH)2。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵的温度设置可以为34℃-36℃。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵过程中可以进行恒温震荡，恒温震荡的转速为140r/min-160r/min。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵时间可以为3-7天。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，缩聚型微塑料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯中的一种或几种混合。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，缩聚型微塑料的粒径≤5mm。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，污泥中缩聚型微塑料的质量浓度≤0.4％。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，反应降解的时间可以为4h-8h。
进一步地，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，含有缩聚型微塑料的污泥的含水率可以为75％-90％。
本发明有益效果包括：
(1)本发明中提供的污泥中缩聚型微塑料的降解方法可实现了污泥中缩聚型微塑料80％以上的降解率。
(2)本发明中提供的污泥中缩聚型微塑料的降解方法使用NaOH以及Ca(OH)2进行碱发酵处理，可以使缩聚型微塑料水热解聚的反应温度大大降低；而且低温催化水热不仅可弥补了高温热解(400℃-500℃)带来的能量损失和高昂成本，也可避免生成有害气体引发潜在环境风险，同时防止污泥发生美拉德反应生成难降解有机物，从而限制后续的处置利用；同时，NaOH以及Ca(OH)2都是工业上经常应用的常规碱性药剂，处理安全性大大提高；
(3)本发明中提供的污泥中缩聚型微塑料的降解方法尽管需要至少3天的碱性发酵才能使得污泥中的可利用物质充分溶出，但相对于污泥厌氧消化过程中微塑料的生物降解(20-30天)，仍然使得处理时间大大缩短；并且即使为了促进污泥有机质的水解，热碱联合作用中碱性药剂的投加量也并不需要太多，使得处理成本大大降低。
附图说明
图1为本发明中污泥发酵过程有机物含量随发酵时间变化情况；
图2为本发明中污泥发酵过程挥发性脂肪酸含量随发酵时间变化情况；
图3为本发明中污泥发酵过程无机离子含量随发酵时间变化情况；
图4为本发明中水热温度对降解率的影响图；
图5为本发明中发酵时间对降解率的影响图。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本发明的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。
本发明实施例提供一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其可以包括：(1)将含有缩聚型微塑料的污泥加碱调节pH值为9-11进行碱性发酵得发酵液；(2)将发酵液加热至170℃-180℃温度下进行反应降解。
需要说明的是，污水污泥经过沉降浓缩后，蛋白质和碳水化合物通常占挥发性悬浮固体的90％。而本发明降解方法正是利用污泥的这种多组分特性，通过碱预处理技术促进污泥中有机(如蛋白质、碳水化合物、挥发性脂肪酸、腐殖酸&富里酸)和无机组分(如金属离子、可溶性盐)等溶出(见图1、图2和图3)，然后这些污泥溶出组分可通过催化、参加反应等协同作用方式，大大提高缩聚型微塑料的降解效果；此外，碱性物质的添加不仅使得污泥破壁增溶，它本身也能作为一种水解反应的催化剂，使缩聚型微塑料水热解聚的反应温度大大降低，从而实现在低温水热条件下污泥中缩聚型微塑料的快速高效降解，降解率可达80％以上，在一些具体实施例中，降解率可达93％。单独将污泥进行碱性发酵(pH＝10，7d)，虽然可以使各种物质溶出，但不能降解微塑料，而单独将污泥进行热水解(＜180℃)，虽然能够降解微塑料，但是降解率较低(通常低于50％)。另外，本发明中采用的低温催化水热不仅可弥补了高温热解(400℃-500℃)带来的能量损失和高昂成本，也可避免生成有害气体引发潜在环境风险，同时防止污泥发生美拉德反应生成难降解有机物，从而限制后续的处置利用。
除此之外，还需要说明的是，步骤(2)中的热水解温度低于170℃时，降解率比较低，低于80％；热水解温度低于180℃时，虽然降解率提高了，但是如上所述，水热温度＞180℃时会发生美拉德反应，产生难降解有机物，对污泥资源化利用产生负面影响。即虽然微塑料降解了，但是又有新的难降解污染物出现，所以，本发明中热水解温度设置为170℃-180℃，使得塑料降解率高于80％，且又不会产生新的难降解污染物。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱可以选择本领域所已知的碱，碱的加入形式可以是直接加入进行混合，也可以是配置成溶液加入混合，碱优选NaOH或Ca(OH)2。需要说明的是，NaOH或Ca(OH)2可以是直接加入进行混合，也可以是配置成1M溶液加入；另外，NaOH以及Ca(OH)2都是工业上经常应用的常规碱性药剂，处理安全性大大提高。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵的温度可以设置为34℃-36℃，比如34.5℃、35℃或35.5℃。需要说明的是，本发明中的温度设置可以使得污泥碱性发酵过程中有机物质和无机离子充分水解溶出，温度较低时(低于34℃)生物水解酶的活性会被抑制，过高的温度则是会破坏它们的结构，造成不可逆转的失活，均会影响缩聚型微塑料的降解。另外，尽管在一定温度范围内(15℃-55℃)升高温度可以不断促进污泥中有机物颗粒的水解发酵速率，但是挥发酸的溶出浓度在35℃存在一个明显的拐点，低于或高于该温度会显著影响挥发酸的积累，所以本发明中优选35℃。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵过程中进行恒温震荡，恒温震荡的转速可以为140r/min-160r/min，比如143r/min、145r/min或147r/min等。需要说明的是，恒温震荡只是为了使发酵液均匀混合反应，并且保证最佳的发酵结果，转速太低使得泥水反应太慢导致浓度偏低，而转速过快又会将污泥打散并影响其理化特性，均会使得缩聚型微塑料的降解率变低。另外，在实际生产中，进行恒温震荡的设备本领域所已知的设备。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵时间为3-7天，比如4天、5天或6天等。需要说明的是，碱性发酵需要至少3天的时间才能使得污泥中的可利用物质充分溶出，低于3天(比如2天)，微塑料的降解率会显著下降；超过7天之后相应物质的浓度不再有明显变化，缩聚型微塑料的降解率的增速明显放缓；而且相对于污泥厌氧消化过程中微塑料的生物降解(20-30天)，本发明中的处理时间显著缩短。另外，如图1-3所示，污泥中的各种有机物质和无机离子在1-3天的时间内通过碱性发酵快速浸出，尤其是其中的挥发性脂肪酸可能作为酸性介质与污泥中的阳离子络合成金属乙酸盐，在后续水热反应中对缩聚型微塑料的降解起到了催化作用，所以需要至少3天的发酵时间。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，缩聚型微塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)和聚氨酯(PU)中的一种或几种混合。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)和聚氨酯(PU)均是污泥中比较常见的塑料污染。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，缩聚型微塑料的粒径优选≤5mm。在另外的一些具体实施例中，可以为75μm-150μm，比如80μm、90μm、100μm或120μm等，降解率均可以达到80％以上。需要说明的是，粒径太大(大于5mm)会显著影响缩聚型微塑料的降解效果。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，污泥中缩聚型微塑料的质量浓度≤0.4％。需要说明的是，从环境中的实际情况出发，环境中的污泥微塑料浓度本身就比较低，之前申请人单位在调研中发现我国污水污泥中微塑料的浓度约为22.7±12.1×103个颗粒/每公斤干污泥，所以发酵液中缩聚型微塑料的质量浓度≤0.4％符合实际处理需求。同时，出于对聚合物的分子结构和理化特性的考虑，污泥中低浓度缩聚型微塑料的降解效果也要明显大于高浓度的降解效果，质量浓度≤0.4％时，降解效果更好，可以达到80％以上；质量浓度大于0.4％时，降解率会明显下降。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，反应降解的时间为4h-8h。需要说明的是，反应时间小于4h，反应不充分，微塑料的水热解聚过程不完全，降解率低；反应时间超过8h，降解率增加速率放缓。因此，从工业角度综合考虑，为了提高降解效率并节省成本，可以优选4h-8h，比如5h、6h或7h等，这有助于污泥性质的显著转变以及污泥微塑料的显著降解。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，含有缩聚型微塑料的污泥的含水率为75％-90％。需要说明的是，含有缩聚型微塑料的污泥可以是脱水或不脱水的污泥，均可以是适用于本发明中的降解方法。另外，污泥的含水率也会影响微塑料的降解，含水率过高会导致碱性发酵过程中从污泥中浸出的溶解性有机物浓度被稀释，从而降低在水热条件下对微塑料的降解效果；而含水率过低时，污泥粘度呈指数增加，不利于操作，也不利于降解。有文献表明，污水污泥的热水解通常在75％-99％的含水率下进行，而传统污水处理厂机械脱水后的污泥含水率约为80％-85％，达到了作为肥料进行土地利用的标准。所以本发明方法可以适用于含水率为75％-90％的污泥，不会影响其中缩聚型微塑料的降解效率，并且有效地减少污泥中微塑料的生态风险。
在一些具体实施例中，上述污泥中缩聚型微塑料的降解方法中，碱性发酵包括：将污泥与去离子水按照质量比1:2混合，均匀搅拌1-2h，并使用1M NaOH或Ca(OH)2将溶液pH调节为9-11，继续均匀搅拌1-2h；每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1M NaOH或Ca(OH)2将溶液pH调节为9-11，碱性发酵时间为3-7天。
为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。
以下实施例中，降解率是根据重量法计算反应前后微塑料的质量损失得到的。
实施例1
本实施例所用的污泥含水率为(79.13±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵7天得污泥碱性发酵液；在这7天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为10；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应4h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率可达到(80.58±10.09)％。
实施例2
本实施例所用的污泥含水率为(90.18±0.08)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵7天得污泥碱性发酵液；在这7天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为10；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以500:1投加比加入0.05g聚氨酯(PU)微塑料，微塑料的粒径为75-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应6h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率可达到(95.17±4.44)％。
实施例3
本实施例所用的污泥含水率为(79.13±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵5天得污泥碱性发酵液；在这5天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为10；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应8h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率可达到(93.75±5.64)％。
实施例4
本实施例所用的污泥含水率为(79.13±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为11，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵3天得污泥碱性发酵液；在这3天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为11。
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以500:1投加比加入0.05g聚酰胺(PA)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至170℃开始计时，恒温反应8h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率可达到(84.58±6.29)％。
实施例5
本实施例所用的污泥含水率为(90.18±0.08)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为9，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵5天得污泥碱性发酵液；在这5天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为9。
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应6h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜。收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率可达到(92.80±5.07)％。
对比例1
本对比例所用的污泥含水率为(90.18±0.08)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵5天得污泥碱性发酵液；在这5天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1M NaOH将溶液pH调节为10。
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚酰胺(PA)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至140℃开始计时，恒温反应6h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜。收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率仅为(18.05±1.76)％。
以上，说明发酵液水热反应温度太低(低于170℃)，会影响缩聚型微塑料的降解，本对比例中，水热温度为140℃，降解率仅为(18.05±1.76)％，远低于实施例1至实施例5中的降解率。
另外，按照上述方法，还试验水热温度分别为150℃、160℃、170℃和180℃时的降解率(其他条件同对比例1)，得到不同水热反应温度下的降解率，做成曲线，如图4所示，水热温度从160℃升至170℃时，降解率陡升。
对比例2
本对比例所用的污泥含水率为(99.03±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为9，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵5天得污泥碱性发酵液；在这5天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为9。
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至170℃开始计时，恒温反应8h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜。收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率仅为(43.02±7.35)％。
以上，说明污泥含水率太高(高于90％)，会影响缩聚型微塑料的降解，本对比例中，污泥含水率为(99.03±0.11)％，降解率仅为(43.02±7.35)％，远低于实施例1至实施例5中的降解率。
对比例3
本对比例所用的污泥含水率为(90.18±0.08)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵7天得污泥碱性发酵液；在这7天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为10；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以250:1投加比加入0.1g聚氨酯(PU)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm。之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应2h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜。收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率仅为(27.51±9.32)％。
以上，说明发酵液水热反应时间太短(少于4h)，会影响缩聚型微塑料的降解，本对比例中，水热反应时间为2h，降解率仅为(27.51±9.32)％，远低于实施例1至实施例5中的降解率。
对比例4
本对比例所用的污泥含水率为(79.13±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为11，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵2天得污泥碱性发酵液；在这2天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1M Ca(OH)2将溶液pH调节为11；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以500:1投加比加入0.25g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至180℃开始计时，恒温反应6h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率仅为(43.25±9.03)％。
以上，说明碱性发酵时间太短(少于3天)，会影响缩聚型微塑料的降解，本对比例中，碱性发酵时间为2天，降解率仅为(43.25±9.03)％，远低于实施例1至实施例5中的降解率。
另外，按照上述方法，还试验了发酵时间1、3、4、5、6和7天的降解率(其他条件同对比例4)，做成曲线，如图5所示，发酵至5天后，降解率增加不明显，呈比较平稳的增加趋势。
对比例5
本对比例所用的污泥含水率为(79.13±0.11)％，取自上海某污水处理厂。
取100g污泥与200g去离子水均匀搅拌1h，并使用1M NaOH将溶液pH调节为10，之后将溶液倒入血清瓶中，并放入恒温震荡器，在150r/min的转速以及35℃的条件下碱性发酵5天得污泥碱性发酵液；在这5天的时间内，需要每隔24h测量血清瓶中溶液的pH，并使用1MNaOH将溶液pH调节为10；
取25g污泥碱性发酵液倒入50mL高温高压反应釜中，以50:1投加比加入0.5g聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料，微塑料的粒径为75μm-150μm；之后用内衬压盖压实后密封关紧反应釜，然后放入烘箱中，以5℃/min加热至170℃开始计时，恒温反应8h后停止加热，自然冷却至室温后打开反应釜；收集并分析液相产物以及固相产物，微塑料的降解率为(56.96±10.01)％。
以上，说明污泥中微塑料浓度质量浓度太高(高于0.4％)，会影响缩聚型微塑料的降解，本对比例中，污泥中微塑料的质量浓度为0.5％，降解率为(56.96±10.01)％，远低于实施例1至实施例5中的降解率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，包括：(1)将含有缩聚型微塑料的污泥加碱调节pH值为9-11进行碱性发酵得发酵液；(2)将发酵液加热至170℃-180℃温度下进行反应降解。
2.根据权利要求1所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，碱选自NaOH或Ca(OH)2。
3.根据权利要求1所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，碱性发酵的温度设置为34℃-36℃。
4.根据权利要求3所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，碱性发酵过程中进行恒温震荡，恒温震荡的转速为140r/min-160r/min。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，碱性发酵时间为3-7天。
6.根据权利要求1所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，缩聚型微塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯中的一种或几种混合。
7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，缩聚型微塑料的粒径≤5mm。
8.根据权利要求1、2、3、4或6所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，污泥中缩聚型微塑料的质量浓度≤0.4％。
9.根据权利要求1、2、3、4或6所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，反应降解的时间为4h-8h。
10.根据权利要求1、2、3、4或6所述的污泥中缩聚型微塑料的降解方法，其特征在于，含有缩聚型微塑料的污泥的含水率为75％-90％。
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| 李小伟等: ""污水处理厂污水和污泥中微塑料的研究展望"", 《净水技术》, vol. 38, no. 7, 8 July 2019 (2019-07-08), pages 13 - 22 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115557656B (zh) | 2024-07-19 |
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