公布日：2023.09.01
申請日：2023.06.26
分類號：C02F11/06(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，首先將過氧乙酸加入到污泥中，得到含有過氧乙酸的污泥；然后向含過氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。本發明利用微納米氣泡產生剪切力、并與臭氧分子協同活化過氧乙酸，產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，與污泥發生反應，使污泥中有機污染物降解礦化，使污泥中的重金屬釋放到上清液中，使得有機污染物和重金屬通過泥水分離從而由污泥中去除。本發明臭氧微納米氣泡與過氧乙酸有顯著協同作用，過氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高處理效果，降低處理成本，無需外加催化材料，不會引入二次污染。
權利要求書
1.一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過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)、首先將過氧乙酸加入到污泥中，得到含有過氧乙酸的污泥；(2)、向含過氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。
2.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過氧乙酸。
3.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過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污染物和重金屬中的一種或幾種混合的底泥；有機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.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過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.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過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.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過氧乙酸加入并通入臭氧微納米氣泡、攪拌處理的總時長為按污泥的重量進行時間疊加，每克污泥的處理時間為0.2～0.5分鐘。
7.根據權利要求1所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的含過氧乙酸的污泥通過蠕動泵傳輸并經過臭氧微納米氣泡的排出管，進行連續流處理，從而實現向含過氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡的目的。
8.根據權利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過氧乙酸與有機污染物的摩爾比為0.25～1.6:1。
9.根據權利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1。
10.根據權利要求3所述的一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，其特征在于：所述的過氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，解決現有技術中過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題。
本發明的技術方案為：
一種利用微納米氣泡耦合臭氧與過氧乙酸的污泥處理方法，具體包括有以下步驟：
(1)、首先將過氧乙酸加入到污泥中，得到含有過氧乙酸的污泥；
(2)、向含過氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡并攪拌處理，最后進行泥水分離，即獲得凈化后的污泥。
所述的過氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過氧乙酸。
所述的污泥為含有有機污染物和重金屬中的一種或幾種混合的底泥；有機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。
所述的過氧乙酸加入并通入臭氧微納米氣泡、攪拌處理的總時長為按污泥的重量進行時間疊加，每克污泥的處理時間為0.2～0.5分鐘。
所述的含過氧乙酸的污泥通過蠕動泵傳輸并經過臭氧微納米氣泡的排出管，進行連續流處理，從而實現向含過氧乙酸的污泥中通入臭氧微納米氣泡的目的。
所述的過氧乙酸與有機污染物的摩爾比為0.25～1.6:1。
所述的過氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1。
所述的過氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1。
當過氧乙酸的投加量滿足上述摩爾比的取值時，可有效去除污泥中的有機污染物和重金屬。
本發明的優點：
(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，微納米氣泡具有獨有的特征：a、停留時間長：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，其在水中停留時間長；b、氣液傳質效率高：氣液比表面積的大小會影響傳質效果，隨著氣體直徑的減小，其表面張力就增加，微納米氣泡開始收縮，氣泡內壓力上升，當壓力增大到無窮值時，微納米氣泡會破裂或溶解，實現了較高的氣液傳質效率；c、能夠產生具有強氧化性的羥基自由基：當微納米氣泡因瞬間的劇烈變化而爆裂時，界面處將釋放出化學能，氣液界面上釋放出較高濃度的正負離子，從而產生羥基自由基，羥基自由基會氧化污泥微生物細胞及其表面聚合物，使污泥絮體解體，污泥微生物細胞結構破碎，污泥細胞內細胞質溶解，最終使污泥宏觀表現為固相減量；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，液體中各種反應的速度就越快。
基于上述微納米氣泡的性質，將臭氧以微納米氣泡的形式通入過氧乙酸溶液中，臭氧與過氧乙酸釋放的雙氧水發生協同反應，產生無選擇性的強氧化性的羥基自由基，可提高單獨臭氧或單獨過氧乙酸的氧化能力及氧化效率。具體表現在：a、可延長臭氧與過氧乙酸的接觸時間，使兩者充分顯現耦合效應；b、可提高臭氧在過氧乙酸溶液中的溶解度，減少臭氧逸出，提高臭氧利用率；c、增加羥基自由基產生量，提高氧化效率；d、大比表面積可提供大的反應界面，從而提高臭氧活化過氧乙酸的速度。
綜上所述，本發明利用微納米氣泡產生剪切力、并與臭氧分子協同活化過氧乙酸，產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，與污泥發生反應，使污泥中有機污染物降解礦化，使污泥中的重金屬釋放到上清液中，使得有機污染物和重金屬通過泥水分離從而由污泥中去除。與現有技術相比，本發明臭氧微納米氣泡與過氧乙酸有顯著協同作用，過氧乙酸活化效率高，臭氧利用率高，可提高處理效果，降低處理成本，無需外加催化材料，不會額外引入固體物質，不會引入二次污染，也不會使處理后的污泥量上升。
(2)、本發明過氧乙酸的投加量為每克污泥中加入5～25mg的過氧乙酸，通過對過氧乙酸添加量的控制，使得有機污染物快速去除的同時，避免產生二次污染，當過氧乙酸投加量過低，會被底泥腐殖質消耗掉，不利于污染物的去除，過氧乙酸投加量過高，會增加藥劑成本，降低水體pH值，不利于后期水生態的恢復；
(3)、本發明過氧乙酸的投加量可根據污泥中有機污染物和重金屬的摩爾量進行調節，使得過氧乙酸與有機污染物的摩爾比為0.25～1.6:1，過氧乙酸與鉻的摩爾比為0.4～2:1，過氧乙酸與鉛的摩爾比為1.6～8:1，實現有機污染物和重金屬的高效除去率，因為過氧乙酸的濃度過低，生成的碳自由基濃度過小，不利于污染物的去除，而過氧乙酸濃度過高，會增加藥劑費用，改變重金屬價態，不利于重金屬毒性降低。
(4)、本發明的臭氧微納米氣泡中，控制氣泡的平均半徑為100nm～1000μm，因為氣泡平均半徑過小時，微納米氣泡發生器的能耗較高，設備成本過高，而氣泡平均半徑過大時，氣泡對臭氧的增溶作用下降，不利于活性自由基的生成。
(5)、本發明設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，因為臭氧投加量過高時，處理成本提高，臭氧利用率下降，而臭氧投加量過低時，體系活化過氧乙酸的效率下降，污染物去除率下降。
(6)、本發明處理的總時長為按污泥的重量進行時間疊加，每克污泥的處理時間為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行處理，且避免能源浪費，而處理時間過長時，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環境溫度，造成熱污染，不利于后期水體修復；而處理時間過短，污染物去除率偏低，無法達到預期處理效果。
(7)、本發明可有效去除污泥中的有機污染物和重金屬，實現對污泥中全氟化合物、抗生素、環境內分泌干擾物、藥物及個人護理品、石油類污染物、多環芳烴、農藥、重金屬等物質的有效去除。
（發明人：鄒坡;薛罡;陳紅;李響;錢雅潔;張艾;賀金嶺）
