申請日2015.11.24
公開(公告)日2016.03.30
IPC分類號C02F11/00
摘要
一種超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，將具有規(guī)則形貌的改性環(huán)糊精聚合物采用濾網(wǎng)包裹后放入待處理的焦化污泥中，再將焦化污泥放置于超聲發(fā)生器中，調(diào)節(jié)所述超聲發(fā)生器的頻率和聲強，設(shè)定超聲發(fā)生器對所述焦化污泥無害化處理時間。本發(fā)明方法適用于焦化污泥有害成分的處理，使用超聲作為焦化污泥的輔助手段，提高了吸附率，增強改性環(huán)糊精的處理能力;提高了改性環(huán)糊精處理焦化污泥的速度;可全面的改善焦化污泥的臭味和色度;所使用的改性環(huán)糊精具有再生功能，利用效率高，成本低廉，工業(yè)化應(yīng)用前景好。
權(quán)利要求書
1.一種超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于包括以下步驟：將改性環(huán)糊精加入待處理的焦化污泥中，使用將焦化污泥放置于超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行無害化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：具體步驟為：
�、�.將所述焦化污泥放入容器中;
Ⅱ.將所述改性環(huán)糊精進(jìn)行包裹后放入所述焦化污泥中;
�、�.將焦化污泥放置于超聲發(fā)生器中調(diào)節(jié)所述超聲發(fā)生器的頻率和聲強;
�、�.開啟超聲發(fā)生器對所述焦化污泥開始持續(xù)的無害化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：步驟Ⅱ中使用濾網(wǎng)包裹所述改性環(huán)糊精。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：所述改性環(huán)糊精具有規(guī)則形貌。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：所述改性環(huán)糊精為球形改性環(huán)糊精交聯(lián)聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：所述焦化污泥的濃度范圍為10-15000mg/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，其特征在于：所述超聲波的聲強控制在0.1-10W/cm2，頻率范圍為1-100kHz。
說明書
一種超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種焦化污泥處理技術(shù)，尤其涉及一種使用超聲與改性環(huán)糊精協(xié)同處理焦化污泥的方法，是焦化污泥無害化處理的新方法。
背景技術(shù)
污泥處理即污泥經(jīng)單元工藝組合處理，達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化的全過程。污泥穩(wěn)定處理的要求是最終處置時對環(huán)境無害，處理后的污泥被棄置于自然環(huán)境中(地面、地下、水中)或再利用，能夠達(dá)到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良影響。
污泥經(jīng)最終處理后，若不加任何利用的簡單填埋處理，會耗費土地資源且無法產(chǎn)生附加價值，是一種不夠經(jīng)濟環(huán)保的落后方式;也可資源化利用，作為肥料施用到農(nóng)田、綠化等土壤中，成為土壤的一部分，或者制成有用的材料，如鋪路的渣土、水泥、制磚等。近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，污泥的資源化處理日趨獲得重視，目前國內(nèi)外污泥處理處置所依循的原則均是減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。污泥資源化處理包含兩個方面理念：一是將污泥處理至可利用的資源，如制造生物肥料或工程材料等，實現(xiàn)變廢為寶;二是采用節(jié)能降耗節(jié)省投資的處理工藝。目前國內(nèi)外常用的污泥處理工藝包括生化和物化兩種處理路線。其中生物處理工藝包括厭氧消化、好氧消化、好氧堆肥;物化工藝包括堿法穩(wěn)定、熱法穩(wěn)定，生物處理由于其運行費用比物化處理明顯要低，而得到了更多的應(yīng)用和關(guān)注。
焦化污泥是焦化廢水處理過程所排放的污泥，為污泥處理的一類重點對象，其中不僅有難降解的有機污染物，還有不同含量的重金屬以不同的化學(xué)形態(tài)存在，這種復(fù)雜組分狀況直接對環(huán)境構(gòu)成更大的風(fēng)險，并影響著污泥處置方法的選擇。董艷麗等人在“超聲輔助生物表面活性劑去除污泥中的重金屬”(化工實刊,2015,29(7):14-17)一文中采用淋洗法研究了超聲輔助生物表面活性劑(皂素)對污泥中重金屬的去除率效果，研究發(fā)現(xiàn)污泥中Cd、Ni、Zn三種重金屬的去除率分別達(dá)到58.9%、54.5%和73.0%。由美雁等人在“超聲破解剩余污泥的研究”(東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,35(3):447-451)一文中考察超聲時間、超聲頻率、超聲功率和超聲脈沖比及超聲時間與頻率、時間與功率和功率與頻率因素間交互作用對剩余污泥超聲破解效果的影響，單純使用超聲對污泥處理。譚江等人在“超聲強化活性污泥法處理含芳香族硝基化合物廢水”(環(huán)境工程學(xué)報,2013,7(10):3861-3866)一文中采用低強度超聲波強化活性污泥法處理經(jīng)超聲空化預(yù)處理后的含芳香族硝基化合物廢水，考察了超聲波功率、頻率、作用時間等因素對去除廢水中對硝基苯胺、硝基苯與COD的強化效果。以上研究雖然涉及單獨或輔助使用超聲來處理污泥，而污泥中的有機污染物的無害化處理情況沒有提及。
環(huán)糊精(Cyclodextrin,CD)是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成的一系列環(huán)狀低聚糖的總稱，環(huán)糊精分子形成包含親水性外表面和疏水性內(nèi)空洞的略呈錐形的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使環(huán)糊精具有包合作用，化合物被包埋在環(huán)糊精的空腔中形成主-客結(jié)構(gòu)的環(huán)糊精包絡(luò)物，通常將環(huán)糊精稱為主體，而把進(jìn)入其空腔內(nèi)的化合物稱為客體。環(huán)糊精的特殊結(jié)構(gòu)使其能與污染物形成穩(wěn)定的包絡(luò)物，從而減少環(huán)境污染，可用于生物法處理工業(yè)廢水，具有環(huán)保上的應(yīng)用價值。環(huán)糊精中最常見的是分別含有6、7和8個葡萄糖基單元的α-CD、β-CD和γ-CD，其中β-CD又以孔洞大小適中且生產(chǎn)成本低，成為目前工業(yè)化大量生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的環(huán)糊精產(chǎn)品。但由于環(huán)糊精在水中的溶解度小等結(jié)構(gòu)特性，不利于其對污染物的吸附，使其環(huán)保應(yīng)用受到限制，為修正結(jié)構(gòu)缺陷以擴大其應(yīng)用范圍，需要對其進(jìn)行修飾改性。改性環(huán)糊精(ModifiedCyclodextrin)是在保持其大環(huán)基本骨架不變的情況下引入修飾基團(tuán)，得到具有不同性質(zhì)和功能的產(chǎn)物，環(huán)糊精經(jīng)過改性可增強其與污染物接觸及沉降的能力。
關(guān)于改性環(huán)糊精在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，周玉青等人在“用新型交聯(lián)β-環(huán)糊精處理苯酚廢水”(化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2011,27(5):477-480)一文中提到交聯(lián)環(huán)糊精的再生吸附率達(dá)到88%以上，這一再生吸附是在不斷補充損失量的情況下，文章沒有提及交聯(lián)β-環(huán)糊精在吸附和再生過程損失，以及如何解決這種損失。王海軍等人在“HDI改性β-環(huán)糊精及其焦化廢水處理”(生物加工過程,2013,11(6):82-85)中發(fā)現(xiàn)，HDI-β-CD的吸附性能可以再生，重復(fù)再生10次后吸附率仍在58.1%，但沒有提及HDI-β-CD在使用過程中的質(zhì)量損耗問題。在中國專利文獻(xiàn)CN201410639016.7中，提供了一種超聲輔助條件下使用交聯(lián)劑來改性環(huán)糊精的方法，制備的改性環(huán)糊精聚合物呈現(xiàn)規(guī)則形貌，可用于有機廢水的處理，在廢水處理過程中具有很強的再生性，并且吸附和再生過程的質(zhì)量損失小于20%。
基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明著眼于將廢水處理中具有優(yōu)良性能的改性環(huán)糊精與現(xiàn)有的超聲污泥處理技術(shù)結(jié)合，開發(fā)一種新型的焦化污泥處理技術(shù)，以解決有機污染物的無害化處理問題，并提高污泥處理效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無害化處理焦化污泥的新方法，能夠有效去除焦化污泥中的酚類、苯類、重金屬離子等污染物;同時利用超聲技術(shù)作為輔助手段，在改性環(huán)糊精無害化處理焦化污泥時，起到積極作用，縮短改性環(huán)糊精的處理時間，提升處理效率。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種超聲協(xié)同改性環(huán)糊精處理焦化污泥的方法，包括步驟為：將改性環(huán)糊精加入待處理的焦化污泥中，使用超聲波照射所述焦化污泥，隨時間推移持續(xù)進(jìn)行無害化處理。
優(yōu)選地，處理焦化污泥的具體步驟為：
�、�.將所述焦化污泥放入容器中;
�、�.將所述改性環(huán)糊精進(jìn)行包裹后放入所述焦化污泥中;
Ⅲ.將焦化污泥放置于超聲發(fā)生器中調(diào)節(jié)所述超聲發(fā)生器的頻率和聲強;
�、�.開啟超聲發(fā)生器對所述焦化污泥開始持續(xù)的無害化處理。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟Ⅱ中使用濾網(wǎng)包裹所述改性環(huán)糊精。
優(yōu)選地，所述改性環(huán)糊精具有規(guī)則形貌。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述改性環(huán)糊精為球形改性環(huán)糊精交聯(lián)聚合物，該改性環(huán)糊精采用常用的環(huán)糊精為原料，如α-CD、β-CD和γ-CD中的一種或多種的混合，通過交聯(lián)聚合反應(yīng)并加入分散劑的方式制備，該種改性環(huán)糊精在廢水處理過程中具有很強的再生性，并且吸附和再生過程的質(zhì)量損失小，用于焦化污泥處理也可取得較好的效果。
優(yōu)選地，本發(fā)明可處理的所述焦化污泥的濃度范圍為10-15000mg/L，相應(yīng)的加入的改性環(huán)糊精的量可以是0.1-5000g/L。
優(yōu)選地，所述超聲波的聲強控制在0.1-10W/cm2，頻率范圍為1-100kHz。
本發(fā)明焦化污泥處理方法處理的焦化污泥主要污染物包括：酚類、苯類、萘系、重金屬離子、氨氮類、硫化物等污染物因子;本發(fā)明能將焦化污泥臭味去除，經(jīng)過充分的處理過程，可將臭味從4級(惡臭)降至1級(需仔細(xì)才能聞到);還能改變焦化污泥色度，可從處理前的500度降低至5度。
本發(fā)明技術(shù)方案首次采用超聲協(xié)同改性環(huán)糊精的方法無害化處理焦化污泥，具有以下有益效果：
1.可有效的實現(xiàn)對焦化污泥中的有機污染物、總金屬離子等多種污染物的無害化處理;
2.使用超聲作為焦化污泥的輔助手段，吸附率提高了20-50%，比單獨使用改性環(huán)糊精處理能力提高了10-60%;
3.使用超聲作為焦化污泥的輔助手段，提高了改性環(huán)糊精處理焦化污泥的速度，處理時間可縮短20-60min;
4.使用的改性環(huán)糊精利用效率高，具有再生功能，適合工業(yè)化應(yīng)用;
5.可全面的改善焦化污泥的臭味和色度，無害化處理效果全面。
具體實施方式
以下通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以便更好地理解本發(fā)明。
本發(fā)明實施例所用的改性環(huán)糊精為根據(jù)中國專利文獻(xiàn)CN201410639016.7公開的方法自制的球形改性環(huán)糊精。
實施例1
本實施例在實驗室條件下進(jìn)行，將一定量的焦化污泥放置于廣口瓶中，然后加入濾網(wǎng)包裹好的自制改性環(huán)糊精，再將廣口瓶置于具有超聲發(fā)生器的容器中進(jìn)行無害化處理;設(shè)定超聲發(fā)生器的頻率和聲強，使用計時器，間隔一定時間后取少量焦化污泥樣品，取出的樣品立即使用離心分離器分離，過濾膜過濾后用氣相色譜法測定上層清液濃度，分析所用過濾膜不大于500目;在取樣過程中，因為改性環(huán)糊精吸附會達(dá)到平衡狀態(tài)，吸附平衡時間為20-3600min，因此取樣間隔時間不超過20min為宜
本實施例中，將濃度為15000mg/L的焦化污泥置于廣口瓶內(nèi)，按5000g/L污泥加入已自制改性環(huán)糊精，超聲發(fā)生器的頻率為100kHz，聲強10W/cm2，間隔30min后取焦化污泥樣品，進(jìn)行離心分離，用100目過濾膜過濾后用氣相色譜法進(jìn)行測定分離后上層清液濃度。360h后取焦化污泥樣品，臭味從4級降低到1級，色度從467度降低到20度。
實施例2
本實施例使用超聲作為輔助手段與改性環(huán)糊精無害化處理濃度10000mg/L的焦化污泥有機物。
將濃度為10000mg/L的焦化污泥置于廣口瓶內(nèi)，按1000g/L污泥加入自制改性環(huán)糊精，超聲發(fā)生器的頻率為70kHz，聲強8W/cm2，間隔40min后取焦化污泥樣品，進(jìn)行離心分離，用50目過濾膜過濾后用氣相色譜法進(jìn)行測定分離后上層清液濃度。360h后取焦化污泥樣品，臭味從4級降低到1級，色度從420度降低到30度。
實施例3
本實施例使用超聲作為輔助手段與改性環(huán)糊精無害化處理濃度5000mg/L的焦化污泥有機物。
將濃度為5000mg/L的焦化污泥置于廣口瓶內(nèi)，按500g/L污泥加入自制改性環(huán)糊精，超聲發(fā)生器的頻率為50kHz，聲強50W/cm2，間隔20min后取焦化污泥樣品，進(jìn)行離心分離，用70目過濾膜過濾后用氣相色譜法進(jìn)行測定分離后上層清液濃度。320h后取焦化污泥樣品，臭味從4級降低到1級，色度從380度降低到18度。
實施例4
本實施例使用超聲作為輔助手段與改性環(huán)糊精無害化處理濃度1000mg/L的焦化污泥有機物。
將濃度為1000mg/L的焦化污泥置于廣口瓶內(nèi)，按100g/L污泥加入自制改性環(huán)糊精，超聲發(fā)生器的頻率為20kHz，聲強30W/cm2，間隔25min后取焦化污泥樣品，進(jìn)行離心分離，用60目過濾膜過濾后用氣相色譜法進(jìn)行測定分離后上層清液濃度。300h后取焦化污泥樣品，臭味從4級降低到1級，色度從467度降低到20度。
實施例5
本實施例使用超聲作為輔助手段與改性環(huán)糊精無害化處理濃度10mg/L的焦化污泥有機物。
將濃度為10mg/L的焦化污泥置于廣口瓶內(nèi)，按0.1g/L污泥加入自制改性環(huán)糊精，超聲發(fā)生器的頻率為0.1kHz，聲強1W/cm2，間隔20min后取焦化污泥樣品，進(jìn)行離心分離，用50目過濾膜過濾后用氣相色譜法進(jìn)行測定分離后上層清液濃度。360h取焦化污泥樣品。臭味從4級降低到1級，色度從218度降低到5度。
應(yīng)理解，上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并非具體實施方式的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
