專利名稱：微波輻射去除剩余污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于剩余污泥處理技術(shù)，特別涉及一種微波輻射去除城市污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥(以下簡(jiǎn)稱“污泥”)中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法。
背景技術(shù)：
壬基酚聚氧乙烯醚是一類非離子表面活性劑，約占烷基酚聚氧乙烯醚總產(chǎn)量的 80 % [Naylor CG. 2001. Alkylphenol ethoxylates :Science, regulatory status, and future outlook. AATCC REVIEW 1(3) =34-38] 0它具有性能優(yōu)良、價(jià)格相對(duì)低廉，可用于生產(chǎn)清潔劑、乳化劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、抗靜電劑等，在工業(yè)、商貿(mào)及日化等方面的應(yīng)用極為廣泛。壬基酚聚氧乙烯醚是壬基酚在堿催化下與環(huán)氧乙烷發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生的，是一系列不同聚合度的同系物的混合物。在環(huán)境中，壬基酚聚氧乙烯醚可再次轉(zhuǎn)化為壬基酚、或短鏈壬基酚聚氧乙烯醚等代謝產(chǎn)物，好氧條件下其主要降解產(chǎn)物為壬基酚聚氧乙烯酸。然而， 壬基酚、短鏈壬基酚聚氧乙烯醚等與母體壬基酚聚氧乙烯醚相比，具有更強(qiáng)的毒性和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，且在環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)人體健康和環(huán)境安全具有一定危害和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。目前歐盟已全面禁止生產(chǎn)壬基酚，美國(guó)等國(guó)家也對(duì)壬基酚的使用進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。 而與此同時(shí)，我國(guó)仍未對(duì)壬基酚的生產(chǎn)或使用做出明確限制。2008年我國(guó)壬基酚產(chǎn)量為 1. 7萬噸，凈進(jìn)口為0. 8萬噸，表觀消費(fèi)量為2. 5萬噸/年，對(duì)壬基酚的需求量還在逐年增加。大量的壬基酚、壬基酚聚氧乙烯醚及其代謝產(chǎn)物隨生活污水、生產(chǎn)廢水進(jìn)入城市污水處理廠，發(fā)生降解轉(zhuǎn)化。其中，近90%的壬基酚吸附于活性污泥顆粒上，是城市污水中壬基酚去除的主要方式。而污水處理廠剩余污泥與處理出水的外排則成為壬基酚和短鏈壬基酚聚氧乙烯醚進(jìn)入環(huán)境的主要途徑[Soares，A.，B. Guieysse，et al. 2008. "Nonylphenol in the environment :A criticalreview on occurrence, fate,toxicity and treatment in wastewaters. " EnvironmentInternational 34 (7) :1033_1049. ]。 PIBl■ TtJg^K 處理率的日益提高，污水處理廠迅猛增加，隨之而來的剩余污泥產(chǎn)量也逐年增加，所以，城市污水污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚所引起的生態(tài)環(huán)境安全問題已不容忽視，越來越受到公眾關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)提高剩余污泥處理過程中壬基酚聚氧乙烯醚及其代謝產(chǎn)物的降解效率的研究較少，主要是厭氧消化、好氧降解等生物處理方法。一般情況下，中溫厭氧消化可去除污泥中的少量壬基酚聚氧乙烯醚，而高溫厭氧消化可提高去除率，并減少剩余污泥中的固體量。例如，Chang 等[Chang，B. V.，Chiang, F.，Yuan, S. Y.，2005. Anaerobic degradation of nonylphenol insludge. Chemosphere 59 1415—1420. ] i正明硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌及真細(xì)菌可在厭氧條件下去除剩余污泥中加入的壬基酚等，但Ferguson等 [Ferguson，P.Ε.，Brownawel1, B. J. ,2003. Degradation of nonylphenol ethoxylatesin estuarinesediment under aerobic and anaerobic conditions.Environ.Toxicol. Chem. 22. 1189-1199.]在批量實(shí)驗(yàn)中并沒有從沉積物泥漿中得到壬基酚聚氧乙烯醚轉(zhuǎn)化而來的壬基酚。不過，大量研究已證實(shí)壬基酚可在好氧條件下發(fā)生降解，并已應(yīng)用于好氧污泥處理中[Corvini，P. F. X.，Schaffer, A.，Schlosser，D. , 2006. Microbial degradation of nonylphenol and other alkylphenols-our evolving view. App1. Microbiol. Biotechnol. 72 =223-243.]。高溫好氧條件下，壬基酚與短鏈壬基酚聚氧乙烯醚可同時(shí)得至Ij去除，且去除率高于厭氧條件[Dominique Patureau, Nadine Delgenes, Jean-Philippe Delgenes,2008. Impact of sewage sludgetreatment processes on the removal of the endocrine disrupters nonylphenolethoxylates. Chemosphere 72 :586_591·]。但在以上處理工藝中，基質(zhì)的可生物利用性是去除壬基酚類物質(zhì)的限制因素。此外，多種物化技術(shù)被嘗試用于去除城市污水中的壬基酚聚氧乙烯醚及其代謝產(chǎn)物，如活性炭吸附、臭氧氧化[Deborde M, Rabouan S, Duguet J, LegubeB, 2005. Kinetics of aqueous ozone-induced oxidation of some endocrinedisrupters. Environ. Sci. Technol. 39 =6086-6092.]、光催化、超聲聲化學(xué)氧化、電子束輻射分解等方法，雖取得了較好的去除效果，但技術(shù)相對(duì)復(fù)雜、成本過高，難以適于工程應(yīng)用。同時(shí)，物化技術(shù)應(yīng)用于去除剩余污泥中壬基酚聚氧乙烯醚及其代謝產(chǎn)物的研究非常少。因此，開發(fā)符合我國(guó)國(guó)情，能夠經(jīng)濟(jì)高效地去除城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚，具有重要的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效的利用微波輻射去除城市污水處理系統(tǒng)剩余污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法，可作為城市污水處理系統(tǒng)剩余污泥處理與處置的技術(shù)。本發(fā)明的微波輻射去除剩余污泥中(以下簡(jiǎn)稱“污泥”)壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法的工藝流程圖如圖1所示包括在常壓下對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理、及對(duì)處理后的所述污泥進(jìn)行固液分離等。所述的常壓下對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理，是首先采用微波反應(yīng)器對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射，所述進(jìn)行微波輻射時(shí)的微波源功率在 400 900W之間，當(dāng)接受微波輻射的所述污泥溫度達(dá)到80°C時(shí)停止微波輻射；然后以過氧化氫污泥的總固體含量為0.5 1的比例加入過氧化氫溶液，再次啟動(dòng)微波輻射，采用微波輻射-過氧化氫協(xié)同氧化對(duì)所述污泥進(jìn)行處理；待所述污泥溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止微波輻射，自然冷卻至室溫，協(xié)同去除所述污泥中的壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚。經(jīng)上述處理得到的上清液部分回流到城市污水處理系統(tǒng)中，固體部分可進(jìn)入污泥濃縮池中進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。所述的濃縮所述污泥是將剩余污泥經(jīng)過濃縮后得到的污泥濃度在20 30g/L之間的污泥。所述的濃縮方式是重力濃縮或離心濃縮等。所述的固液分離是采用重力沉降的方式進(jìn)行固液分離。所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為30%。
所述的剩余污泥是指城市污水處理廠采用活性污泥處理系統(tǒng)工藝對(duì)城市污水進(jìn)行處理后產(chǎn)生的剩余污水污泥混合液。所述的后續(xù)處理，包括用于厭氧產(chǎn)氫、用于厭氧消化產(chǎn)甲烷、好氧處理污泥減量和磷回收等。本發(fā)明的方法升溫快速，通過微波諧振與過氧氧化的協(xié)同作用，顯著促進(jìn)了短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的降解與壬基酚的分解，不僅可有效去除城市污水處理廠剩余污泥中的壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚，而且可收到明顯的污泥減量效果。


圖1.本發(fā)明的微波輻射去除城市污水污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的工藝流程示意圖。附圖標(biāo)記I離心濃縮 II微波協(xié)同處理 III固液分離
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.請(qǐng)參見圖1。在北京市清河污水處理廠采集由活性污泥法工藝產(chǎn)生的剩余污泥， 采用重力濃縮至污泥濃度為20118. 3mg/L，濃縮污泥中的壬基酚的濃度為5. 30mg/kg、短鏈壬基酚聚氧乙烯醚(NPlEO)的濃度為2.25mg/kg、短鏈壬基酚聚氧乙烯醚(NP2E0)的濃度為2. 63mg/kg。在室溫下，首先將600mL上述濃縮污泥移至IOOOmL燒杯中，將其置于微波反應(yīng)器中。微波反應(yīng)器的微波頻率為2450MHz，磁控管最大輸出功率為1000W，可無級(jí)調(diào)節(jié)，腔體容積25L，具有可升降攪拌裝置及測(cè)溫探頭，磁控管開啟時(shí)間由定時(shí)裝置控制。在常壓下對(duì)上述濃縮污泥進(jìn)行微波輻射(進(jìn)行微波輻射時(shí)的微波源功率為400W)，當(dāng)接受微波輻射的污泥溫度達(dá)到80°C后，暫停微波輻射，按照過氧化氫與污泥的總固體含量為0.5 1的比例，向其中投加質(zhì)量濃度為30%的過氧化氫溶液20mL。重新啟動(dòng)微波輻射，采用微波輻射-過氧化氫協(xié)同氧化對(duì)污泥進(jìn)行處理，待污泥的溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止微波輻射，自然冷卻。處理后的污泥采用重力沉降的方式進(jìn)行固液分離，上清液部分回流到城市污水處理廠的污水處理系統(tǒng)中，固體部分進(jìn)入污泥濃縮池中可進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。污泥中的總固體含量由處理前的12. 07g降至處理后的7. 12g，減少了 41. 01%。污泥中的壬基酚、短鏈壬基酚聚氧乙烯醚(NP1E0、NP2E0)的濃度分別為3. 25mg/kg、l. 95mg/kg、l. 13mg/kg，去除率分別為 38. 7%U3. 3%,57. 0%。實(shí)施例2.請(qǐng)參見圖1。在中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心污水處理站采集由活性污泥法工藝產(chǎn)生的剩余污泥，采用離心濃縮至污泥濃度為29873. 7mg/L，濃縮污泥中壬基酚的濃度為 6.42mg/kg、短鏈壬基酚聚氧乙烯醚(NPlEO)的濃度為2. 17mg/kg、短鏈壬基酚聚氧 乙烯醚 (NP2E0)的濃度為3. 14mg/kg。在室溫下，首先將500mL上述濃縮污泥倒入800mL燒杯中，將其置于微波反應(yīng)器中。微波反應(yīng)器的微波頻率為2450MHz，磁控管最大輸出功率為1000W， 可無級(jí)調(diào)節(jié)，腔體容積25L，具有可升降攪拌裝置及測(cè)溫探頭，磁控管開啟時(shí)間由定時(shí)裝置控制。在常壓下對(duì)污泥進(jìn)行微波輻射(進(jìn)行微波輻射時(shí)的微波源功率為900W)，當(dāng)接受微波輻射的污泥溫度達(dá)到80°C后，暫停微波輻射，按照過氧化氫與污泥的總固體含量為0.5 1 的比例，向其中投加質(zhì)量濃度為30%的過氧化氫溶液23. 5mL。重新啟動(dòng)微波輻射，采用微波輻射-過氧化氫協(xié)同氧化對(duì)污泥進(jìn)行處理，待污泥溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止微波輻射，自然冷卻。處理后的污泥采用重力沉降的方式進(jìn)行固液分離，上清液部分回流到城市污水處理廠的污水處理系統(tǒng)中，固體部分進(jìn)入污泥濃縮池中可進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。污泥總固體含量由處理前的14. 94g降至處理后的8. 59g，減少了 42. 53%。污泥中壬基酚、短鏈壬基酚聚氧乙 烯醚(NP1EO、NP2EO)的濃度分別為3. 46mg/kg、2. 19mg/kg、l. 33mg/kg，去除率分別為46. l%、-9. 2%、57. 6%。其中，NPlEO因NP2E0的降解而有所積累，但短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的總量確有所下降，去除率為30. 3%。
權(quán)利要求
1.一種微波輻射去除城市污水處理廠剩余污泥中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法，包括常壓下對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理，及對(duì)處理后的所述污泥進(jìn)行固液分離；其特征是所述的常壓下對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理，是首先采用微波反應(yīng)器對(duì)濃縮所述污泥進(jìn)行微波輻射，所述進(jìn)行微波輻射時(shí)的微波源功率在400 900W之間，當(dāng)接受微波輻射的所述污泥溫度達(dá)到80°C時(shí)停止微波輻射；然后以過氧化氫 污泥的總固體含量為0.5 1的比例加入過氧化氫溶液，再次啟動(dòng)微波輻射，采用微波輻射_過氧化氫協(xié)同氧化對(duì)所述污泥進(jìn)行處理；待所述污泥溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止微波輻射，自然冷卻至室溫，協(xié)同去除所述污泥中的壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的固液分離是采用重力沉降的方式進(jìn)行固液分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的濃縮所述污泥是將剩余污泥經(jīng)過濃縮后得到的污泥濃度在20 30g/L之間的污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是所述的濃縮方式是重力濃縮或離心濃縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是所述的剩余污泥是指城市污水處理廠采用活性污泥處理系統(tǒng)工藝對(duì)城市污水進(jìn)行處理后產(chǎn)生的剩余污水污泥混合液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是固液分離后得到的上清液部分回流到城市污水處理廠的污水處理系統(tǒng)中，固體部分進(jìn)入污泥濃縮池中進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及微波輻射去除城市污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥(以下簡(jiǎn)稱“污泥”)中壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚的方法。包括在常壓下對(duì)濃縮的污泥進(jìn)行微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理，及對(duì)處理后的污泥進(jìn)行固液分離。所述的微波輻射與過氧化氫協(xié)同作用的處理，是首先采用微波反應(yīng)器對(duì)濃縮的污泥進(jìn)行微波輻射，當(dāng)接受微波輻射的污泥溫度達(dá)到80℃時(shí)停止微波輻射；加入過氧化氫溶液，采用微波輻射-過氧化氫對(duì)污泥進(jìn)行協(xié)同氧化處理，去除污泥中的壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚。本發(fā)明的方法不僅可有效去除城市污水處理廠剩余污泥中的壬基酚及短鏈壬基酚聚氧乙烯醚，而且可收到明顯的污泥減量效果。
文檔編號(hào)C02F11/06GK102190416SQ20101012200
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者劉俊新, 王亞煒, 肖本益, 閻鴻, 魏源送 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心