一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法技术

本发明专利技术涉及固废处理技术领域，主要是一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法。本发明专利技术提供的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法为在污泥热水解过程中投加过硫酸盐和过硫酸盐活化剂；所述过硫酸盐活化剂为Fe3O4/C纳米材料。本发明专利技术提供的过程中有毒有害物质高效去除的方法具有工艺简单，条件温和、节能高效、易于控制等特点，能够强化过硫酸盐主导的高级氧化技术实现污泥热水解过程有毒有害物质尤其是抗生素和重金属的高效去除，同时Fe3O4/C纳米材料具有磁性，方便分离回收、循环利用性能好，不产生二次污染。染。染。

【技术实现步骤摘要】
一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法


[0001]本专利技术涉及固废处理
，特别是一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法。

技术介绍

[0002]我国污水处理厂处理污水的同时会伴随产生大量的污泥，根据住建部城乡建设统计年鉴计算出2020年污泥产量是6500万吨左右。污泥的排放量巨大促进了人们对于污泥处理处置以及污泥对周边环境的影响的关注，一方面是由于污水厂排放污泥造成周围的生态环境的污染，另一方面则是由于微生物、未稳定化处理的大量有机物和重金属的复杂混合物对人体健康造成的危害，影响人们的正常生活。因此，亟待对市政污泥进行有效的处理处置。我国现有污泥处理方法如好氧堆肥等存在产生恶臭气体、渗滤液等问题，而填埋、焚烧等处置方式存在产生填埋气、渗滤液、灰分、尾气等问题。因此，通过有效技术手段，因地制宜地将污泥用于土壤改良，具有广阔的应用前景。热水解是一种污泥预处理技术，对于改善污泥脱水性能、促进污泥土地利用方面具有巨大潜力。研究表明，污泥经过热水解
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好氧发酵或者热水解
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厌氧消化以后，其中的易腐有机物得到转化、病原菌得到去除，可以进行土地利用。
[0003]由于污泥来源于各种不同成份和性质的污水，通常含有多种有毒有害物质如重金属、抗生素、持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，简称POPs)、致病菌和病毒等。这些有毒有害物质进入土壤环境后的交叉污染所引起的生态风险问题不容忽视。
[0004]污泥的原位无害化，即从源头最大限度的减少有毒有害物质的含量，以降低后续处理成本以及土地利用过程中二次污染的风险，在近年来得到了广泛的关注。过硫酸盐氧化处理技术，相较于H2O2和臭氧为基的高级氧化技术，具有更高的氧化电位，并且反应介质要求的pH范围宽，反应条件要求不那么苛刻，因而现阶段应用比较广泛，主要应用于修复土壤和处理有机废水中的难降解物质。通过活化过硫酸盐(PMS或PS)产生硫酸根自由基(SO4‑
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)的高级氧化技术(SR
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AOPs)以其反应速率快、氧化性能强以及pH适用范围广等优点，在难降解有机物的高效处理上拥有广阔的应用前景。该技术的发展重点目前集中在过硫酸盐活化方式的选择，其本质在于过硫酸盐中O
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O键的断裂。常见的物理活化法如紫外照射、加热、超声等均可有效实现过硫酸盐的活化，但需要额外的能量投入。过渡金属氧化物和碳基材料也可有效活化过硫酸盐，但其循环稳定性和催化性能仍有待进一步提升。并且，绝大多数的过渡金属离子自身就是污染物，在活化过硫酸盐过程中金属离子的析出问题十分严重，存在重金属离子二次污染等问题，导致过渡金属活化过硫酸盐的实际应用受到较大限制。因此开发高效稳定、环境友好的过硫酸盐催化剂仍是当前该技术的重要需求之一。
[0005]纳米Fe3O4中的Fe本身具有多个化学态，其化学态之间的互相转化使其具备优秀的电子传递性能，并且其低毒、对环境十分友好，在常温下还能分离回收。但在过硫酸盐活化中，Fe3O4可重复利用性往往较差，活化效率也不高。纯碳材料因导电性能好、二次污染少、成本低廉、可在活化过硫酸盐过程中实现多次循环利用，亦常被用作过硫酸盐的活化剂，但是
单一使用时，其对体系的活化能降低幅度有限，其催化活性仍需进一步提升。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种过硫酸盐主导的高级氧化技术强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，通过磁性可回收、催化性能高、结构稳定的多功能催化剂Fe3O4/C纳米材料和热水解过程中的高温高压环境共同热活化过硫酸盐，提升过硫酸盐对有机污染物的降解效率，结合Fe3O4/C纳米材料对污泥中重金属的吸附和还原作用，从而去除污泥中的亲脂类抗生素和重金属
[0007]为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术的第一方面提供一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，具体技术方案如下：
[0009]一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，在污泥热水解过程中投加过硫酸盐和过硫酸盐活化剂；所述过硫酸盐活化剂为Fe3O4/C纳米材料。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述污泥为浆化处理后的污泥；所述过硫酸盐的加入量为每吨污泥(以含水率80％计)加入20～30kg。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述Fe3O4/C纳米材料为表面包覆有导电碳层的Fe3O4纳米晶簇中空微球。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述热水解过程的温度为110～210℃，压力为0.5～3MPa。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述热水解反应时间为0.5～6h。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述Fe3O4/C纳米材料与所述过硫酸盐的加料质量比为0.001～0.01:1。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述热水解体系的pH为6.0～11.0。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述Fe3O4/C纳米材料的制备包括以下步骤：
[0018]S1、以四氧化三铁和糖类物质为前驱体，通过水热法合成Fe3O4纳米晶簇中空微球；
[0019]S2、将糖类物质包覆在Fe3O4纳米晶簇中空微球外表面，之后水热法热解碳化糖类物质，获得导电碳层，从而合成Fe3O4/C纳米材料。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中所述糖类物质为蔗糖、葡萄糖或果糖。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1还包括采用稀硝酸对合成的Fe3O4纳米晶簇中空微球进行活化。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中所述热解碳化温度为160～190℃，热解碳化时间为4～12h。
[0023]本专利技术的第二方面提供上述的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法在市政污泥有毒有害物质处理中的应用。
[0024]进一步地，所述有毒有害物质包括重金属和抗生素。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术提供的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法具有工艺简单，条件温和、节能高效、易于控制等特点，能够强化过硫酸盐主导的高级氧化技术实现
污泥热水解过程有毒有害物质高效去除。
[0027]2、本专利技术所述的Fe3O4/C纳米材料原料来源广，制备简单，形貌稳定、纯度高，且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。
[0028]3、本专利技术所述的Fe3O4/C纳米材料具备磁性、催化性、电子传输通道，通过提升活性位点的传输速率，耐高温高压，具备很高的催化活性，可活化过硫酸盐高效作用于亲脂类抗生素，同时利用污泥热水解过程中的高温高压，热活化过硫酸盐，提升过硫酸盐对有机污染物的降解效率，实现污泥中亲脂类抗生素的高效去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，其特征在于，在污泥热水解过程中投加过硫酸盐和过硫酸盐活化剂；所述过硫酸盐活化剂为Fe3O4/C纳米材料。2.如权利要求1所述的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，其特征在于，所述污泥为浆化处理后的污泥；所述过硫酸盐的加入量为每吨污泥加入20～30kg。3.如权利要求1所述的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：(1)所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠；(2)所述Fe3O4/C纳米材料为表面包覆有导电碳层的Fe3O4纳米晶簇中空微球；(3)所述热水解过程的温度为110～210℃，压力为0.5～3MPa；(4)所述热水解反应时间为0.5～6h；(5)所述Fe3O4/C纳米材料与所述过硫酸盐的加料质量比为0.001～0.01:1；(6)所述热水解体系的pH为6.0～11.0。4.如权利要求1所述的强化污泥热水解过程中有毒有害物质高效去除的方法，其特征在于，所述Fe3O4/C纳米材料的制备包括以下步骤：S1、以四氧化三铁和糖类物质为前驱体，通过水热法合成Fe3O4纳米晶簇中空微球；S2、将糖类物质包覆在Fe3O4纳米晶簇中空微球外表面，之后水热法热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，郭亚丽，方宁，董滨，戴晓虎，次翰林，李玉，梅晓洁，李翀，师雄，吴海斌，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：