一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，包括以下步骤：将磺酸基卟啉铁催化剂、甲醇和过氧化氢溶液混合，搅拌，得到混合液；将混合液与污泥混合进行酸化处理，离心，过滤，得到上清液；将上清液与接种污泥混合进行厌氧消化处理，完成对污泥的处理。本发明专利技术的污泥两相厌氧处理工艺，通过磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的预处理显著提升对污泥的酸化效果，进而显著提升了厌氧消化效果，具有试剂用量低、反应条件温和、处理效率高、甲烷产量高、适应性好等优点，不仅能够实现对污泥的有效处理，而且还能获得大量的沼气/甲烷，对于提升污泥的后续资源化利用效果具有十分重要的意义，使用价值高，应用前景好。景好。景好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺


[0001]本专利技术属于污泥处理
，涉及一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺。

技术介绍

[0002]厌氧消化是污泥处理处置的常用手段，一般认为厌氧消化由水解、产酸、产乙酸、产甲烷四个步骤组成。然而，胞外聚合物阻隔了水解菌与有机底物的直接接触，使水解步骤进行困难且缓慢，导致污泥厌氧消化的产气周期长，产气量低。高级氧化法能够破坏胞外聚合物的基本结构，溶解污泥细胞，促进水解步骤快速进行，从而有效提升污泥厌氧消化进程。
[0003]芬顿体系是一种被广泛证实可用于促进污泥水解的典型高级氧化技术之一，该体系是亚铁离子激活过氧化氢产生羟基自由基，并通过这种具有强氧化性的自由基与胞外聚合物发生电子交换，从而实现胞外聚合物的快速分解，最终使污泥中的有机物快速溶解，利于厌氧微生物直接利用。现阶段技术方案改进并发展出类芬顿体系，主要是基于以下三个方向：1)使用其它变价金属阳离子取代亚铁离子，如：铁离子
‑
过氧化氢体系；2)使用其他氧化剂取代过氧化氢，如：通过过硫酸盐产生硫酸根自由基，氧化电位可达2.5
‑
3.1eV；3)采用多种辅助方式协同耦合，如：超声耦合芬顿体系等。然而，在实际应用中，将芬顿或类芬顿体系应用于污泥厌氧消化存在以下几个方面的潜在问题。在过程方面，厌氧消化是一系列复杂的生化反应，主要依赖厌氧微生物的代谢活动，这些厌氧微生物通常需要温和的pH条件，甲烷菌适宜生长的pH为6.8
‑r/>7.5，强酸、强碱会抑制其活性。但是，采用亚铁离子或其它变价金属离子的芬顿、类芬顿体系需要较低的pH条件，显然，发生/启动芬顿或类芬顿的pH条件并不利于厌氧消化反应的进行。在产物方面，厌氧消化产物沼气的主要成分是甲烷，但由于污泥成分复杂，沼气中可能会包含一部分有毒气体，如逸散性硫化物，同时在以过硫酸盐为氧化剂的类芬顿处理过程中，会进一步增加逸散性硫化物的产生，因而容易对环境造成二次污染。在工艺成本方面，厌氧消化技术路线能耗低、投入少，这就要求与之匹配的预处理方案具备经济适用性，用以处理数量庞大的污泥，满足工业化需求，然而，采用其他方式耦合，特别是一些机械预处理方法，会产生更高的能耗要求，不利于实现污泥的低成本处理。
[0004]四苯基卟吩氯化铁(下文称铁卟啉)是一种以细胞色素P450为原型的仿生酶，是由卟吩骨架包裹中心铁离子形成的独特结构，其特有的高催化活性能够催化多种氧化剂产生不同的自由基和活性物种。不同于传统芬顿体系，铁卟啉催化过氧化氢生成的高价铁氧物种具有比羟基自由基更高的氧化电位。目前，金属卟啉构成的类芬顿体系被用于催化降解三氯苯酚、木质素、印染废水等均相、单一的系统，但是，鲜有涉及污泥这类复杂对象的研究。
[0005]铁卟啉催化过氧化氢产生高价铁氧物种需要经过三个过程：
①
羟基取代氯离子，
②
过氧化氢配位，
③
氧
‑
氧键异裂，此后高价铁氧物种作用于污泥底物，并通过电子转移实
现胞外聚合物的快速水解。然而，在本申请专利技术人的实际研究过程中发现，铁卟啉
‑
过氧化氢类芬顿体系预处理污泥仍然存在以下几个缺陷：1)污泥的高固特性对金属卟啉类芬顿体系的试剂扩散及传质效率存在负面效应，导致羟基取代氯离子和过氧化氢配位受阻，不利于发生氧
‑
氧键异裂过程；2)污泥体系具有复杂多变的特性，不利于发生氧
‑
氧键异裂过程，从而难以稳定的产生足量的高价铁氧物种，上述问题的存在，使得现有金属卟啉类芬顿体系仍然难以实现对污泥的有效水解，不利于提高后续的厌氧消化效果。与此同时，在利用铁卟啉
‑
过氧化氢类芬顿体系对污泥进行水解的过程中产生过量的挥发性有机酸(VFA)和氨氮，而这些物质的存在会抑制产甲烷菌的活性，最终导致难以提高甲烷的产量。因此，针对上述现有铁卟啉
‑
过氧化氢类芬顿体系中存在的缺陷和难点，本专利技术中旨在获得一种试剂用量低、反应条件温和、处理效率高、甲烷产量高、适应性好的污泥两相厌氧处理工艺，对于实现污泥的资源化再利用具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种试剂用量低、反应条件温和、处理效率高、甲烷产量高、适应性好的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，包括以下步骤：
[0009]S1、将磺酸基卟啉铁催化剂、甲醇和过氧化氢溶液混合，搅拌，得到混合液；
[0010]S2、将步骤S1中得到的混合液与污泥混合进行酸化处理，离心，过滤，得到滤渣和上清液；
[0011]S3、将步骤S2中得到的上清液与接种污泥混合进行厌氧消化处理，完成对污泥的处理。
[0012]上述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，进一步改进的，所述磺酸基卟啉铁催化剂的用量为每升污泥中添加磺酸基卟啉铁催化剂5mg～80mg；所述磺酸基卟啉铁催化剂为四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁。
[0013]上述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，进一步改进的，所述述四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将四苯基卟啉加入到浓硫酸中，加热至100℃～120℃反应2.5～4h，冷却，调节pH值为8～9，加热浓缩，置于冰水中冷却，过滤，得到滤液和滤饼；去除滤液和滤饼中的硫酸钠，收集浓缩液，烘干，得到粗产品；将粗产品溶于甲醇中，加入丙酮，搅拌析出沉淀，过滤，得到紫色固体，重复上述操作三次，收集固体，烘干，得到四(4
‑
磺酸苯基)卟啉；
[0015](2)将四(4
‑
磺酸苯基)卟啉、氯化亚铁和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，在153℃～200℃下回流，加入丙酮，析出固体，过滤，得到四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁粗产品；采用二氯甲烷对四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁粗产品进行柱层析，收集四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁对应的色带，去除二氯甲烷，得到四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁。
[0016]上述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，进一步改进的，步骤(1)中，所述四苯基卟啉与浓硫酸的比例为500mg∶10mL；所述甲醇与丙酮的体积
比为1～10∶1～20；
[0017]步骤(2)中，所述四(4
‑
磺酸苯基)卟啉与氯化亚铁的摩尔比为0.2～1∶1；所述四(4
‑
磺酸苯基)卟啉与N,N
‑
二甲基甲酰胺的比例为0.1mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、将磺酸基卟啉铁催化剂、甲醇和过氧化氢溶液混合，搅拌，得到混合液；S2、将步骤S1中得到的混合液与污泥混合进行酸化处理，离心，过滤，得到滤渣和上清液；S3、将步骤S2中得到的上清液与接种污泥混合进行厌氧消化处理，完成对污泥的处理。2.根据权利要求1所述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，其特征在于，所述磺酸基卟啉铁催化剂的用量为每升污泥中添加磺酸基卟啉铁催化剂5mg～80mg；所述磺酸基卟啉铁催化剂为四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁。3.根据权利要求2所述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，其特征在于，所述述四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁的制备方法，包括以下步骤：(1)将四苯基卟啉加入到浓硫酸中，加热至100℃～120℃反应2.5～4h，冷却，调节pH值为8～9，加热浓缩，置于冰水中冷却，过滤，得到滤液和滤饼；去除滤液和滤饼中的硫酸钠，收集浓缩液，烘干，得到粗产品；将粗产品溶于甲醇中，加入丙酮，搅拌析出沉淀，过滤，得到紫色固体，重复上述操作三次，收集固体，烘干，得到四(4
‑
磺酸苯基)卟啉；(2)将四(4
‑
磺酸苯基)卟啉、氯化亚铁和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，在153℃～200℃下回流，加入丙酮，析出固体，过滤，得到四(4
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磺酸苯基)卟啉氯化铁粗产品；采用二氯甲烷对四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁粗产品进行柱层析，收集四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁对应的色带，去除二氯甲烷，得到四(4
‑
磺酸苯基)卟啉氯化铁。4.根据权利要求3所述的基于磺酸基卟啉铁催化剂类芬顿体系的污泥两相厌氧处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述四苯基卟啉与浓硫酸的比例为500mg∶10mL；所述甲醇与丙酮的体积比为1～10∶1～20；步骤(2)中，所述四(4
‑
磺酸苯基)卟啉与氯化亚铁的摩尔比为0.2～1∶1；所述四(4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：阮敏，孙宇桐，黄兢，李辉，张轩，覃晓莉，张巍，陈宏，赵成，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：