污泥處理劑及采用此污泥處理劑進行污泥處理的方法
【專利摘要】本發明提供一種污泥處理劑，包括水溶性金屬卟啉溶液和氧供體，以體積計所述水溶性金屬卟啉溶液和所述氧供體的配比為0.5?2.0：1.0；所述水溶性金屬卟啉溶液中水溶性金屬卟啉的濃度為0.2?0.8g/L。本發明采用水溶性金屬卟啉(尤其是水溶性鐵卟啉和/或水溶性錳卟啉)與氧供體(優選雙氧水或雙氧水和空氣的組合)的結合，促使污泥處理過程中的催化氧化反應，充分催化氧化污泥中難溶的有機質，使其氧化降解成可溶性物質，提高污泥在后續生物處理工藝中的轉化效率，取得突出的技術效果。本發明還提供一種污泥處理方法，整個工藝步驟精簡，操作成本低，污泥中有機質的轉化效率高，便于污泥后續的生物處理處置。
【專利說明】
污泥處理劑及采用此污泥處理劑進行污泥處理的方法
技術領域
[0001] 本發明設及污泥處理技術領域，具體設及一種污泥處理劑及采用此污泥處理劑進 行污泥處理的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著城市化進程的不斷推進，我國的城鎮污水處理廠進入了一個高速增 長階段。據不完全統計2015年全國污水處理廠的污泥產量已突破3000萬噸（W80%含水率 計）。但我國污水處理廠建設及運營過程中長期存在的"重水輕泥"現象導致污泥處理處置 設施嚴重不足，資源化利用水平普遍不高。由于污泥有機物含量高、易腐化發臭，且含病原 體、重金屬和持久性有機污染物等有毒有害物質，若未經妥善處理處置，極易對水體、±壤 等造成二次污染，威脅環境安全和公共健康。
[0003] 污泥的生物處理最大限度的實現了污泥中物質及能源的轉化與分離，是一種可持 續的污泥無害化、資源化處理處置方式。但污泥的生物處理通常受限于固體顆粒中較難破 解的細胞壁剛性結構及緩慢的大分子有機物水解過程。針對此問題，學者們展開了一系列 的污泥預處理研究，包括超聲波破解、臭氧處理、微波調理、熱堿處理、生物酶處理等。其中， 生物酶預處理因其屬于生物處理的強化過程，具有操作簡便、條件溫和、活化能低等優點而 受到了廣泛關注。生物酶的酶特性使其具有了鮮明的特點，同時也導致其在實際應用中存 在一定的限制條件：（1)易受外界條件影響變性失活，絕大多數的酶是蛋白質，容易受高溫、 強酸、強堿和重金屬的影響而失去活性，而污泥復雜成分中可能存在的有毒有害物質同樣 會導致生物酶失去活性而難W發揮作用效果；（2)應用成本較高，天然酶的生產成本較高， 所W它在污泥中的應用成本也相應提局。
[0004] 因此，開發一種處理效果好且實用性強的污泥處理劑和處理方法具有非常重要的 意義。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種污泥處理劑，具體技術方案如下：
[0006] -種污泥處理劑，包括水溶性金屬化嘟溶液和氧供體，W體積計所述水溶性金屬 化嘟溶液和所述氧供體的配比為0.5-2.0:1.0;
[0007] 所述水溶性金屬化嘟溶液中水溶性金屬化嘟的濃度為0.2-0.8g/L。
[000引 W上技術方案中優選的，所述水溶性金屬化嘟溶液為水溶性鐵化嘟溶液和/或水 溶性儘化嘟溶液;所述水溶性金屬化嘟溶液中水溶性金屬化嘟的濃度為0.4g/L。
[0009] W上技術方案中優選的，所述水溶性金屬化嘟溶液的制作方法是:稱取10.Omg水 溶性鐵化嘟和/或水溶性儘化嘟粉末用去離子水溶解后，倒入容量瓶中加去離子水定容至 25mL。
[0010] W上技術方案中優選的，所述氧供體為雙氧水或雙氧水和空氣的組合，所述雙氧 水與所述空氣的體積比為1:1-500。
[0011] 本發明還提供了一種采用上述污泥處理劑進行污泥處理的方法，包括W下步驟：
[0012] 第一步、取待處理污泥，具體是:將污泥過200目篩除去大顆粒雜質，攬拌均勻即得 待處理污泥；
[0013] 第二步、采用上述的污泥處理劑對第一步所得待處理污泥進行處理，具體是：
[0014] 步驟A、取第一步所得的待處理污泥放入處理瓶中，先加入水溶性金屬化嘟溶液并 攬拌均勻，得到第一混合物；
[0015] 步驟B、在第一混合物中加入氧供體并攬拌均勻，得到第二混合物；
[0016] 步驟C、采用緩沖溶液將第二混合物調至抑為6.5的均勻混合物，得到第=混合物；
[0017] 步驟D、將裝有第S混合物的處理瓶進行密封，放入震蕩恒溫箱中處理6.0-8.0小 時，即得處理后的污泥；
[0018] W體積計待處理污泥所述、水溶性金屬化嘟溶液W及氧供體的配比是100:0.5- 2.5:1。
[0019] W上技術方案中優選的，所述第一步中污泥的含水率為90-98%。
[0020] W上技術方案中優選的，所述處理瓶為錐形廣口瓶;所述緩沖溶液為PBS緩沖液。
[0021] W上技術方案中優選的，所述步驟A、步驟BW及步驟C中的攬拌速率均為200轉/分 鐘，攬拌時間為3.0-10.0分鐘;所述步驟D中的震蕩恒溫箱的溫度為30°C-4(rC，其轉速為 100-140轉/分鐘。
[0022] 金屬化嘟與細胞色素 P450酶的催化基團在結構和功能上具有相似性，其催化活性 是W共輛大n鍵電子體系及金屬原子價態的改變為基礎。在有機催化反應過程中，金屬化嘟 能夠有效地實現燒控氧化、締控環氧化、含氧、含硫及含氮化合物氧化的催化氧化過程。本 發明優選含有水溶性鐵化嘟溶液和/或水溶性儘化嘟溶液的污泥處理劑進行污泥處理，模 擬微生物氧化代謝的過程，將常規生物酶難于降解的有機物大分子部分氧化分解為易降解 的有機分子，從而提高污泥的溶解性能，改善污泥的處理效果;且相比天然生物酶而言其化 學性質穩定，受干擾因素少，保持了較高的催化氧化活性，從而達到有效催化氧化有機質的 效果。
[0023] 現有技術中金屬化嘟應用時，均是固載在玻璃或納米材料上，主要的原因是便于 回收金屬化嘟循環使用，因為金屬化嘟在反應當中的作用是催化劑，反應前后它的質量理 論上是不變的，能夠循環使用的。但是，在目前的技術條件下，固載也有它的缺陷，一是固載 率不高（固載方法的問題），所W它的催化活性相應降低，二是固載的牢固性不強，固載的物 質可能會在反應過程中脫落。而本發明所加入的水溶性金屬化嘟的量非常小，可W忽略對 污泥后續處理工藝的影響;本發明采用水溶性金屬化嘟，能夠更好地模擬生物酶的催化行 為，在實際應用中表現為有更好的催化活性;本發明采用水溶性金屬化嘟(尤其是水溶性鐵 化口林和/或水溶性儘化嘟)與氧供體(優選雙氧水或雙氧水和空氣的組合)的結合，促使污泥 處理過程中的催化氧化反應，充分催化氧化污泥中難溶的有機質，使其氧化降解成可溶性 物質，提高污泥在后續生物處理工藝中的轉化效率，取得突出的技術效果，處理后的污泥檢 測結果是:SC0D/TC0D為70.5%，VSS去除率為37.2%。
[0024] 本發明污泥處理方法，整個工藝步驟精簡，操作成本低，污泥中有機質的轉化效率 高，便于污泥后續的生物處理處置。
[0025] 除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0026] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0027] 圖1是反應時間不同對污泥處理劑處理污泥的影響（水溶性金屬化嘟溶液為水溶 性鐵化嘟溶液）；
[0028] 圖2是反應溫度不同對污泥處理劑處理污泥的影響（水溶性金屬化嘟溶液為水溶 性鐵化嘟溶液）；
[0029] 圖3是水溶性鐵化嘟的用量不同對污泥處理劑處理污泥的影響；
[0030] 圖4為水溶性鐵化嘟與雙氧水的結合、水溶性鐵化嘟、雙氧水W及水四種情況對污 泥的處理效果比較圖。
【具體實施方式】
[0031] W下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可W根據權利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0032] 水溶性儘化嘟的制作方法可W參照盧燕等人與2011年發表的文章，標題是《水溶 性金屬化嘟催化過氧化氨氧化對苯二酪的動力學研究》。
[0033] 水溶性儘化嘟的制作方法可W參照胡耀東等人于2013年發表的文章，標題是《多 孔殼聚糖四(P-橫酸鋼苯基)儘化嘟的制備及其催化性能》。
[0034] 實施例1:
[0035] 一種污泥處理方法，詳情如下：
[0036] 第一步、取待處理污泥，具體是:將含水率為96 %的污泥過200目篩除去大顆粒雜 質，攬拌均勻即得待處理污泥；
[0037] 第二步、采用污泥處理劑對第一步所得待處理污泥進行處理，具體是:所述污泥處 理劑包括水溶性金屬化嘟溶液和氧供體，所述水溶性金屬化嘟溶液為水溶性鐵化嘟溶液 (鐵化P林即iron por地yrin)，所述水溶性金屬化嘟簡稱M(TPPS)，其化學式如下：
[00；3 引
[0039] 其中M為化Cl或Mn。
[0040] 污泥處理的具體處理步驟如下：
[0041 ] 步驟A、取第一步所得的待處理污泥100mL放入250ml錐形廣口瓶中，先加入1ml的 水溶性鐵化嘟溶液并攬拌均勻(攬拌速率為200轉/分鐘，攬拌時間為3.0分鐘），得到第一混 合物；
[0042] 步驟B、在第一混合物中加入1ml的氧供體(選用雙氧水)并攬拌均勻（攬拌速率為 200轉/分鐘，攬拌時間為3.0分鐘），得到第二混合物；
[0043] 步驟C、采用緩沖溶液(此處采用PBS緩沖液，具體是化此P04、K此P化、KCl W及化Cl 的混合液，其pH值為7.4)將第二混合物調至pH值為6.5的均勻混合物，得到第=混合物；
[0044] 步驟D、將裝有第=混合物的處理瓶進行完全密封，放入震蕩恒溫箱中處理2.0小 時(震蕩恒溫箱的溫度為35°C，其轉速為100轉/分鐘），即得處理后的污泥。
[0045] 將本實施例處理后的污泥采用現有的方法進行檢測，具體是:考察SC0D/TC0D的比 值，SCOD與TCOD的檢測方法均采用微波消解法;VSS去除率(VSS reduction，單位為％ )采用 懸浮固體測定的重量法;氨氮(NH/-N，Concentration OfNH^-N)的測定采用納氏試劑分光 光度法;還原糖(RS,Reducing sugar)的測定采用苯酪-硫酸法。結果表格3所示。
[0046] 實施例2-實施例31:
[0047] 實施例2-實施例31與實施例1不同之處在于表1，其中：
[0048] (1)實施例1-實施例5為在相同的反應溫度和相同的水溶性金屬化嘟溶液投加量 條件下，僅取不同反應時間，觀察對污泥處理的影響，詳見圖1。
[0049] (2)實施例3結合實施例6-實施例9與實施例1比較，反應時間、水溶性金屬化嘟溶 液的種類和用量W及氧供體均相同，不同之處僅在于反應溫度不同，處理后的污泥的檢測 結果詳見圖2。
[0050] (3)實施例3結合實施例11-實施例13與實施例1比較，僅取不同水溶性鐵化嘟的投 加量，觀察對污泥處理的影響，結果詳見圖3。
[0051] (4)實施例14與實施例1比較，不同之處僅在于氧供體不同，結果詳見表2;
[0052] (5)實施例15-實施例19為采用水溶性金屬儘化嘟時取不同反應時間對污泥處理 的影響，詳見表3。
[0053] (6)實施例17結合實施例20-實施例25為采用水溶性金屬儘化嘟時反應溫度不同 對污泥處理的影響，詳見表4。
[0054] (7)實施例17結合實施例26-實施例30為采用水溶性金屬儘化嘟時投入量不同對 污泥處理的影響，詳見表5。
[0055] (8)實施例31與實施例17比較，不同之處僅在于氧供體不同，結果詳見表6。
[0056] 實施例14和實施例31中將裝有第=混合物的處理瓶進行密封的方法是:采用能允 許空氣進入處理瓶內的紗布密封(一般采用3層紗布即可），即能讓部分空氣進入處理瓶內， 同時又能攔截空氣中細菌進入處理瓶內，空氣的用量具體與振蕩恒溫箱的轉速有關（由于 空氣中的氧溶解氧與溫度、溶液中的溶質等因素有關，所W要對溶解氧做定量比較困難，但 雙氧水和空氣的體積比大約是1:1-500,具體用量根據實際應用決定）。詳情如下：
[0057] 表1實施例1-實施例31的參數統計表
[0060]
[0061] 實施例2-實施例31所得處理后的污泥采用與實施例1相同的方法，且采用相同的 方法對處理后的污泥進行檢查。
[0062] 表2水溶性鐵化嘟處理污泥時不同氧供體對處理結果的影響 「nnAQl
L UUW」 巧5氷浴'生嘯叩哪的用重卿處埋巧泥的影啊 rn〇A9i
[0070]表6不同氧供體對水溶性儘化嘟處理污泥的影響
L 0072 J 由閣1可知，反應時同由0變化全化時，VSS去除率和SC0D/TC0D的比值均逐步速增； 當反應時間繼續延長至IOM其中取8小時和10小時作為兩個考察點），VSS去除率和SCOD/ TCOD的比值均提高量很小，因此，反應時間采用化最佳(還原糖和氨氮為輔助指標）。
[0073] 由圖2可知，反應溫度由0 °C變化至35 °C時，還原糖、氨氮、VSS去除率W及SCOD/ TCOD的比值均逐步遞增；當反應溫度繼續升高至45°C(其中取40°C和45°C作為兩個考察 點），還原糖的值有升高，而氨氮、VSS去除率W及SC0D/TC0D的比值均呈下降趨勢，因此，反 應溫度義用35 C最佳。
[0074] 由圖3可知，水溶性鐵化嘟(濃度為0.4g/l)的投加量由0變化至1.0ml時，還原糖、 氨氮、VSS去除率W及SC0D/TC0D的比值均逐步遞增；當水溶性鐵化嘟的投加量繼續增加至 2.5ml時（其中取1.5ml、2.Oml和2.5ml作為考察點），還原糖和VSS去除率的值趨于穩定，而 氨氮和SC0D/TC0D的比值均先呈下降趨勢后趨于穩定，因此，水溶性鐵化嘟的投加量采用 1 .Oml最佳。
[0075] 由表2可知，供氧體采用雙氧水W及雙氧水和空氣的組合，在與水溶性金屬化嘟結 合形成的污泥處理劑對污泥進行處理時，均取得較好的效果（SC0D/TC0D比值能達到58W 上，VSS去除率能達到25 % W上）。
[0076] 由表3可知，反應時間由0變化至化時，VSS去除率和SC0D/TC0D的比值均逐步遞增； 當反應時間繼續延長至l〇h，VSS去除率和SC0D/TC0D的比值均下降，因此，反應時間采用化 最佳。
[0077] 由表4可知，反應溫度由(TC變化至35°C時，VSS去除率W及SC0D/TC0D的比值均逐 步遞增；當反應溫度繼續升高至45°C(其中取40°C和45°C作為兩個考察點），VSS去除率先增 加后降低，且幅度變動不大，而SC0D/TC0D的比值均呈下降趨勢，且變動幅度大，因此，反應 溫度義用35 C最佳。
[007引由表5可知，水溶性儘化嘟(濃度為0.4g/l)的投加量由0變化至1.5ml時，VSS去除 率W及SC0D/TC0D的比值均逐步遞增；當水溶性儘化嘟的投加量繼續增加至2.5ml時（其中 取2. Oml和2.5ml作為考察點），VSS去除率和SC0D/TC0D的比值均呈下降趨勢，因此，水溶性 儘臥嘟的投加量采用1.5ml最佳。
[00巧]對比實施例1-對比實施例5:
[0080]對比實施例1-對比實施例5與實施例1不同之處在于表7,詳情如下：
[0081 ]表7對比實施例1-對比實施例5的參數統計表
[0082]
[0083] 對比實施例1-對比實施例5進行處理污泥的方法借鑒實施例1(對比實施例4為空 白試驗，僅添加去離子水），且采用相同的方法對處理后的污泥進行檢查，對比實施例1對比 實施例5的效果詳見圖4。且將實施例9與對比實施例5對污泥的處理結果進行對比，詳見表 8。
[0084] 表8水溶性鐵化嘟與天然蛋白酶在最佳反應條件下處理污泥的結果比對
[0086] 由圖4可知，本發明采用水溶性金屬化嘟和雙氧水的結合處理污泥比其他方式(僅 采用水溶性金屬化嘟、僅采用雙氧水W及僅采用去離子水)效果更為明顯。
[0087] 由表8可知，采用本發明的技術方案與現有技術中處理效果最好的復合酶處理方 法比較，效果有大大提高。
[0088] 在本發明的基礎上，水溶性金屬化嘟溶液采用水溶性鐵化嘟和水溶性儘化嘟的組 合也是可W實現的，兩者結合的效果不低于僅采用水溶性儘化嘟溶液的效果(采用水溶性 鐵化嘟溶液的效果優于水溶性儘化嘟溶液的效果，詳見實施例3和實施例28)。
[0089] W上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可W有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種污泥處理劑，其特征在于，包括水溶性金屬卟啉溶液和氧供體，以體積計所述水 溶性金屬卟啉溶液和所述氧供體的配比為0.5-2.0:1.0; 所述水溶性金屬卟啉溶液中水溶性金屬卟啉的濃度為〇. 2-0.8g/L。2. 根據權利要求1所述的污泥處理劑，其特征在于，所述水溶性金屬卟啉溶液為水溶性 鐵卟啉溶液和/或水溶性錳卟啉溶液;所述水溶性金屬卟啉溶液中水溶性金屬卟啉的濃度 為〇.4g/L。3. 根據權利要求2所述的污泥處理劑，其特征在于，所述水溶性金屬卟啉溶液的制作方 法是:稱取10.0 mg水溶性鐵卟啉或水溶性錳卟啉粉末用去離子水溶解后，倒入容量瓶中加 去離子水定容至25mL。4. 根據權利要求1-3任意一項所述的污泥處理劑，其特征在于，所述氧供體為雙氧水或 雙氧水和空氣的組合，所述雙氧水與所述空氣的體積比為1:1 -500。5. -種污泥處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步、取待處理污泥，具體是:將污泥過200目篩除去大顆粒雜質，攪拌均勻即得待處 理污泥； 第二步、采用如權利要求1-4任意一項所述的污泥處理劑對第一步所得待處理污泥進 行處理，具體是： 步驟A、取第一步所得的待處理污泥放入處理瓶中，先加入水溶性金屬卟啉溶液并攪拌 均勻，得到第一混合物； 步驟B、在第一混合物中加入氧供體并攪拌均勻，得到第二混合物； 步驟C、采用緩沖溶液將第二混合物調至pH值為6.5的均勻混合物，得到第三混合物； 步驟D、將裝有第三混合物的處理瓶密封，放入震蕩恒溫箱中處理6.0-8.0小時，即得處 理后的污泥； 以體積計待處理污泥、水溶性金屬卟啉溶液以及氧供體的配比是100: 〇. 5-2.5:1。6. 根據權利要求5所述的污泥處理方法，其特征在于，所述第一步中污泥的含水率為 90-98% 〇7. 根據權利要求5所述的污泥處理方法，其特征在于，所述處理瓶為錐形廣口瓶;所述 緩沖溶液為PBS緩沖液。8. 根據權利要求5所述的污泥處理方法，其特征在于，所述步驟A、步驟B以及步驟C中的 攪拌速率均為200轉/分鐘，攪拌時間為3.0-10.0分鐘;所述步驟D中的震蕩恒溫箱的溫度為 30 °C-40 °C，其轉速為100-140轉/分鐘。
【文檔編號】C02F11/00GK105923947SQ201610415381
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】阮敏, 黃兢, 張巍, 尹艷山, 陳冬林, 李微, 牛承崗, 李雪
【申請人】長沙理工大學