公布日：2023.09.01
申請(qǐng)日：2023.06.26
分類號(hào)：C02F11/06(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，首先將過(guò)氧乙酸加入到污泥中，得到含有過(guò)氧乙酸的污泥；然后向含過(guò)氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進(jìn)行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。本發(fā)明利用微納米氣泡產(chǎn)生剪切力、并與臭氧分子協(xié)同活化過(guò)氧乙酸，產(chǎn)生一系列羥基自由基、活性氮自由基、活性氧自由基及碳自由基，與污泥發(fā)生反應(yīng)，使污泥中有機(jī)污染物降解礦化，使污泥中的重金屬釋放到上清液中，使得有機(jī)污染物和重金屬通過(guò)泥水分離從而由污泥中去除。本發(fā)明臭氧微納米氣泡與過(guò)氧乙酸有顯著協(xié)同作用，過(guò)氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高處理效果，降低處理成本，無(wú)需外加催化材料，不會(huì)引入二次污染。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：具體包括有以下步驟：(1)、首先將過(guò)氧乙酸加入到污泥中，得到含有過(guò)氧乙酸的污泥；(2)、向含過(guò)氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進(jìn)行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過(guò)氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過(guò)氧乙酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的污泥為含有有機(jī)污染物和重金屬中的一種或幾種混合的底泥；有機(jī)污染物包括有磺胺甲惡唑、磺胺嘧啶、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、四環(huán)素、氟替卡松、曲安奈德、倍他米松、丙酸氯倍他索、氫化可的松、壬基酚、雙酚A和阿特拉津；重金屬包括有鉻和鉛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的臭氧微納米氣泡的平均半徑為100nm～1000μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的臭氧微納米氣泡的投加量為每克污泥中投入3～30mg的臭氧微納米氣泡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過(guò)氧乙酸加入并通入臭氧微納米氣泡、攪拌處理的總時(shí)長(zhǎng)為按污泥的重量進(jìn)行時(shí)間疊加，每克污泥的處理時(shí)間為0.2～0.5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的含過(guò)氧乙酸的污泥通過(guò)蠕動(dòng)泵傳輸并經(jīng)過(guò)臭氧微納米氣泡的排出管，進(jìn)行連續(xù)流處理，從而實(shí)現(xiàn)向含過(guò)氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡的目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過(guò)氧乙酸與有機(jī)污染物的摩爾比為0.25～1.6:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過(guò)氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過(guò)氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中過(guò)氧乙酸活化方法效率低或需外加藥劑或催化材料而引入二次污染的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過(guò)氧乙酸的污泥處理方法，具體包括有以下步驟：
(1)、首先將過(guò)氧乙酸加入到污泥中，得到含有過(guò)氧乙酸的污泥；
(2)、向含過(guò)氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進(jìn)行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。
所述的過(guò)氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過(guò)氧乙酸。
所述的污泥為含有有機(jī)污染物和重金屬中的一種或幾種混合的底泥；有機(jī)污染物包括有磺胺甲惡唑、磺胺嘧啶、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、四環(huán)素、氟替卡松、曲安奈德、倍他米松、丙酸氯倍他索、氫化可的松、壬基酚、雙酚A和阿特拉津；重金屬包括有鉻和鉛。
所述的臭氧微納米氣泡的平均半徑為100nm～1000μm。
所述的臭氧微納米氣泡的投加量為每克污泥中投入3～30mg的臭氧微納米氣泡。
所述的過(guò)氧乙酸加入并通入臭氧微納米氣泡、攪拌處理的總時(shí)長(zhǎng)為按污泥的重量進(jìn)行時(shí)間疊加，每克污泥的處理時(shí)間為0.2～0.5分鐘。
所述的含過(guò)氧乙酸的污泥通過(guò)蠕動(dòng)泵傳輸并經(jīng)過(guò)臭氧微納米氣泡的排出管，進(jìn)行連續(xù)流處理，從而實(shí)現(xiàn)向含過(guò)氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡的目的。
所述的過(guò)氧乙酸與有機(jī)污染物的摩爾比為0.25～1.6:1。
所述的過(guò)氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1。
所述的過(guò)氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1。
當(dāng)過(guò)氧乙酸的投加量滿足上述摩爾比的取值時(shí)，可有效去除污泥中的有機(jī)污染物和重金屬。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
(1)、微米氣泡的粒徑在10～50μm之間，納米氣泡的粒徑在200nm以下，微納米氣泡的粒徑介于二者之間；相比于普通的氣泡水，微納米氣泡具有獨(dú)有的特征：a、停留時(shí)間長(zhǎng)：微納米氣泡由于體積較小，其所受到的浮力也較小，在相同條件下，其在水中停留時(shí)間長(zhǎng)；b、氣液傳質(zhì)效率高：氣液比表面積的大小會(huì)影響傳質(zhì)效果，隨著氣體直徑的減小，其表面張力就增加，微納米氣泡開(kāi)始收縮，氣泡內(nèi)壓力上升，當(dāng)壓力增大到無(wú)窮值時(shí)，微納米氣泡會(huì)破裂或溶解，實(shí)現(xiàn)了較高的氣液傳質(zhì)效率；c、能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基：當(dāng)微納米氣泡因瞬間的劇烈變化而爆裂時(shí)，界面處將釋放出化學(xué)能，氣液界面上釋放出較高濃度的正負(fù)離子，從而產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基會(huì)氧化污泥微生物細(xì)胞及其表面聚合物，使污泥絮體解體，污泥微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)破碎，污泥細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)溶解，最終使污泥宏觀表現(xiàn)為固相減量；d、比表面積大：比表面積與氣泡的半徑呈反比，比表面積越大，空氣和液體的接觸面積就越大，液體中各種反應(yīng)的速度就越快。
基于上述微納米氣泡的性質(zhì)，將臭氧以微納米氣泡的形式通入過(guò)氧乙酸溶液中，臭氧與過(guò)氧乙酸釋放的雙氧水發(fā)生協(xié)同反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)選擇性的強(qiáng)氧化性的羥基自由基，可提高單獨(dú)臭氧或單獨(dú)過(guò)氧乙酸的氧化能力及氧化效率。具體表現(xiàn)在：a、可延長(zhǎng)臭氧與過(guò)氧乙酸的接觸時(shí)間，使兩者充分顯現(xiàn)耦合效應(yīng)；b、可提高臭氧在過(guò)氧乙酸溶液中的溶解度，減少臭氧逸出，提高臭氧利用率；c、增加羥基自由基產(chǎn)生量，提高氧化效率；d、大比表面積可提供大的反應(yīng)界面，從而提高臭氧活化過(guò)氧乙酸的速度。
綜上所述，本發(fā)明利用微納米氣泡產(chǎn)生剪切力、并與臭氧分子協(xié)同活化過(guò)氧乙酸，產(chǎn)生一系列羥基自由基、活性氮自由基、活性氧自由基及碳自由基，與污泥發(fā)生反應(yīng)，使污泥中有機(jī)污染物降解礦化，使污泥中的重金屬釋放到上清液中，使得有機(jī)污染物和重金屬通過(guò)泥水分離從而由污泥中去除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明臭氧微納米氣泡與過(guò)氧乙酸有顯著協(xié)同作用，過(guò)氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高處理效果，降低處理成本，無(wú)需外加催化材料，不會(huì)額外引入固體物質(zhì)，不會(huì)引入二次污染，也不會(huì)使處理后的污泥量上升。
(2)、本發(fā)明過(guò)氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過(guò)氧乙酸，通過(guò)對(duì)過(guò)氧乙酸添加量的控制，使得有機(jī)污染物快速去除的同時(shí)，避免產(chǎn)生二次污染，當(dāng)過(guò)氧乙酸投加量過(guò)低，會(huì)被底泥腐殖質(zhì)消耗掉，不利于污染物的去除，過(guò)氧乙酸投加量過(guò)高，會(huì)增加藥劑成本，降低水體pH值，不利于后期水生態(tài)的恢復(fù)；
(3)、本發(fā)明過(guò)氧乙酸的投加量可根據(jù)污泥中有機(jī)污染物和重金屬的摩爾量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得過(guò)氧乙酸與有機(jī)污染物的摩爾比為0.25～1.6:1，過(guò)氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1，過(guò)氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物和重金屬的高效除去率，因?yàn)檫^(guò)氧乙酸的濃度過(guò)低，生成的碳自由基濃度過(guò)小，不利于污染物的去除，而過(guò)氧乙酸濃度過(guò)高，會(huì)增加藥劑費(fèi)用，改變重金屬價(jià)態(tài)，不利于重金屬毒性降低。
(4)、本發(fā)明的臭氧微納米氣泡中，控制氣泡的平均半徑為100nm～1000μm，因?yàn)闅馀萜骄霃竭^(guò)小時(shí)，微納米氣泡發(fā)生器的能耗較高，設(shè)備成本過(guò)高，而氣泡平均半徑過(guò)大時(shí)，氣泡對(duì)臭氧的增溶作用下降，不利于活性自由基的生成。
(5)、本發(fā)明設(shè)定臭氧微納米氣泡的投加量為每克污泥中投入3～30mg的臭氧，因?yàn)槌粞跬都恿窟^(guò)高時(shí)，處理成本提高，臭氧利用率下降，而臭氧投加量過(guò)低時(shí)，體系活化過(guò)氧乙酸的效率下降，污染物去除率下降。
(6)、本發(fā)明處理的總時(shí)長(zhǎng)為按污泥的重量進(jìn)行時(shí)間疊加，每克污泥的處理時(shí)間為0.2～0.5分鐘，使得全部污泥均能有效的與臭氧微納米氣泡接觸進(jìn)行處理，且避免能源浪費(fèi)，而處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，大量能量以熱量形式散失，能量利用效率降低，并且處理后的底泥溫度超過(guò)環(huán)境溫度，造成熱污染，不利于后期水體修復(fù)；而處理時(shí)間過(guò)短，污染物去除率偏低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期處理效果。
(7)、本發(fā)明可有效去除污泥中的有機(jī)污染物和重金屬，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中全氟化合物、抗生素、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物、藥物及個(gè)人護(hù)理品、石油類污染物、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、重金屬等物質(zhì)的有效去除。
（發(fā)明人：鄒坡;薛罡;陳紅;李響;錢(qián)雅潔;張艾;賀金嶺）
