CN117326766A - 等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用，包括以下步骤：(1)向含有重金属污染物的污泥中加入过氧乙酸，得到含有过氧乙酸的污泥；(2)对步骤(1)所得含有过氧乙酸的污泥进行等离子体处理；(3)泥水分离，获得处理后的污泥。本发明中等离子体处理与过氧乙酸有显著协同作用，二者联用可显著提高单独过氧乙酸处理和单独等离子体处理对污泥中重金属污染物铬和铅的去除效果。本发明的方法操作简便、无二次污染、工业化应用前景大。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，特别是涉及等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用。
背景技术
污水处理厂在废水处理过程中，污水中的部分有毒有害物质会随着颗粒物的去除转移到污泥中，最终以剩余污泥(污泥)的形式外排。剩余污泥成分复杂，具有“污染”和“资源”的双重特性，除了富含碳水化合物、蛋白质等可利用资源外，其中也包含由污水处理过程所富集的重金属。
污泥的处置方式主要有填埋、焚烧、倒海和农业利用等，污泥中含有丰富的植物营养元素氮、磷、钾和有机质，可制成肥料，作为农业利用，最为经济可行。但目前污泥的利用率不高，重要原因是污水处理厂产生的污泥中的重金属含量较高，Cr、Pb等元素常常超标，重金属的存在很大程度上限制了污泥资源化利用，会造成资源浪费。如果未进行任何无害化处理，污泥中的重金属不及时处理就进行堆放或填埋，重金属的浸出会污染土地、河川、湖泊和地下水，造成二次污染，存在较大的环境风险问题。
目前污泥中重金属的去除技术主要有化学浸出法、生物淋滤法、电化学法等，化学浸出法操作繁杂、成本较高，且部分化学试剂会造成二次污染(如无机酸造成酸污染，螯合剂残留造成污染)，生物淋滤法处理周期较长，电化学法常存在阴极区沉淀、电极板腐蚀和钝化等问题而限制其工业化应用。随着城市的快速发展，我国剩余污泥产量规模不断扩大，污泥处理处置将极大地增加污水厂的处理成本，因此需要一种兼顾到经济效益和环境生态效益去除污泥中重金属污染物的方法。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用，以解决上述现有技术存在的问题。
技术方案：等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用。
进一步地，所述重金属污染物为铬或铅。
进一步地，所述重金属污染物为铬和铅。
进一步地，所述污泥为市政污水处理厂二沉池的污泥，所述污泥的TS值为3～20g/L。
进一步地，所述污泥中过氧乙酸的浓度为5～100mg/gVSS；所述等离子体是用大气压射流式低温等离子体(APPJ)处理。过氧乙酸浓度过低，生成的碳自由基浓度过小，不利于污染物的去除；过氧乙酸浓度过高，会与目标污染物竞争等离子体产生的电子，并且随着过氧乙酸投加量的增加，溶液pH值降低，不利于处理后的溶液的酸碱平衡。
进一步地，所述污泥中过氧乙酸的浓度优选为25mg/gVSS。
进一步地，所述等离子体的放电电流为1～4A。输出功率过低时，电场强度低，电子密度低，不利于活化过氧乙酸生成碳自由基、羟基自由基等；而输出功率过高时，大量能量以热量形式散失，能量利用效率降低，不利于高效节能地降解污染物。
进一步地，所述等离子体的放电电流优选为2.6A。
进一步地，所述等离子体处理时间为1～30分钟。处理时间过短，污染物降解率偏低；处理时间过长，会使处理后的溶液温度超过环境温度，造成热污染，并且处理时间越长，处理后的溶液pH越低，会造成酸污染。
进一步地，所述等离子体处理时间优选为2分钟。
进一步地，包括以下步骤：
(1)向含有重金属污染物的污泥中加入过氧乙酸，得到含有过氧乙酸的污泥；
(2)对步骤(1)所得含有过氧乙酸的污泥进行等离子体处理；
(3)泥水分离，获得处理后的污泥。
进一步地，在步骤(2)中进行等离子体处理的同时对污泥进行搅拌。
进一步地，在步骤(2)中采用磁力搅拌器对污泥进行搅拌。
有益效果：
1)本发明的方法工艺简单，操作方法简便，只需加入过氧乙酸后把需要处理的污泥放入容器中，调整相应输入电压、电流进行大气压射流式低温等离子体放电即可，在实际的应用中可操作性强，适合工业化应用；
2)本发明中等离子体处理与过氧乙酸有显著协同作用，二者联用可显著提高单独过氧乙酸处理和单独等离子体处理对污泥中重金属污染物铬和铅的去除效果；
3)本发明的处理方法反应时间短，去除效率高，污泥中重金属铅的浓度为3.85mg/kg时，仅需处理2分钟，对铅的去除率达到了99.7％；本发明使用的过氧乙酸便宜易得，较短的处理时间可进一步降低能耗，处理成本较低，具有经济效益；
4)本发明处理过程中不产生有毒副产物，低温等离子体处理过程产生的电子、自由基等不会对环境造成二次污染，处理方法对环境无害，具有环保效益。
附图说明
图1为实施例1和对比例1-3在处理后污泥中重金属Cr和Pb的含量比较图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
以下各实施例和对比例中，如无特别说明原料或处理技术，则表明所采用的均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。
以下实施例和对比例中所使用的剩余污泥均取自上海市某市政污水处理厂的二沉池。该厂采用倒置A/A/O脱氮除磷工艺，处理规模为13.8万m3/d，服务人口约70万。取回的污泥较为稀薄且含有较多杂质，需静置沉降约4小时后，利用虹吸法将上清液导出并收集，再通过钢制筛网过滤沉降后的浓缩污泥，以去除砂砾、浮渣等大颗粒无机物。测定浓缩过滤后的污泥的总固体浓度(TS)，并用上清液稀释调节至15g/L，控制污泥的TS值在误差范围内相等。将这种经浓度控制统一的污泥作为以下实施例和对比例中的原污泥。
以下实施例和对比例中使用的仪器设备型号如下：
射流式低温等离子体仪PSPT-JSP1-10南京珀斯佩特电子科技有限公司
磁力搅拌器84-1A上海司乐仪器有限公司
为使等离子体射流反应不过于剧烈，避免能量的浪费，将射流式低温等离子体装置的各项参数与反应体系需处理的污泥量(200mL)进行适配，确定了气体流速(8.6m/s)、气体流量管(26L/min，气体输送直径为8mm)、电流(2.6A)和磁力搅拌转速(150r/min)。为控制变量，使以下实施例和对比例中等离子体羽形态基本一致，均采用上述设备参数。
实施例1
取污泥液体200mL，加入过氧乙酸，使污泥液体中过氧乙酸的浓度为25mg/gVSS，接着对污泥液体进行大气压射流式低温等离子体放电处理，放电电流为2.6A，放电处理过程中使用磁力搅拌器对污泥进行搅拌，处理2分钟后，进行泥水分离，得到处理后的污泥。
对比例1
取污泥液体200mL，静置。
对比例2
取污泥液体200mL，加入过氧乙酸，使污泥液体中过氧乙酸的浓度为25mg/gVSS，随后使用磁力搅拌器进行搅拌，处理2分钟后，进行泥水分离，得到处理后的污泥。
对比例3
取污泥液体200mL，对污泥液体进行大气压射流式低温等离子体放电处理，放电电流为2.6A，放电处理过程中使用磁力搅拌器对污泥进行搅拌，处理2分钟后，进行泥水分离，得到处理后的污泥。
如图1所示，图1示出了处理时间为2min，实施例1(APPJ/PAA)和对比例1(control)、对比例2(mono-PAA)、对比例3(mono-APPJ)在处理后污泥中重金属Cr和Pb的含量比较图，可知，与单独过氧乙酸和单独等离子体处理相比，等离子体耦合过氧乙酸处理污泥，污泥中重金属Cr和Pb的含量降低更为显著。
根据图1数据计算得到：处理时间为2min时，单独过氧乙酸对污泥中Cr的去除率为14.0％，单独等离子体处理对污泥中Cr的去除率为15.2％，等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属Cr的去除率为26.0％。相比较而言，等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属Cr的效果最佳。单独过氧乙酸对污泥中Pb的去除率为34.3％，单独等离子体处理对污泥中Pb的去除率为91.4％，等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属Pb的去除率为99.7％。相比较而言，等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属Pb的效果最佳。
上述具体实施方式相对于现有技术获得了如下有益效果：
1)本发明的方法工艺简单，操作方法简便，只需加入过氧乙酸后把需要处理的污泥放入容器中，调整相应输入电压、电流进行大气压射流式低温等离子体放电即可，在实际的应用中可操作性强，适合工业化应用；
2)本发明中等离子体处理与过氧乙酸有显著协同作用，二者联用可显著提高单独过氧乙酸处理和单独等离子体处理对污泥中重金属污染物铬和铅的去除效果；
3)本发明的处理方法反应时间短，去除效率高，污泥中重金属铅的浓度为3.85mg/kg时，仅需处理2分钟，对铅的去除率达到了99.7％；本发明使用的过氧乙酸便宜易得，较短的处理时间可进一步降低能耗，处理成本较低，具有经济效益；
4)本发明处理过程中不产生有毒副产物，低温等离子体处理过程产生的电子、自由基等不会对环境造成二次污染，处理方法对环境无害，具有环保效益。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。
Claims (10)
1.等离子体耦合过氧乙酸去除污泥中重金属污染物的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述重金属污染物为铬或铅。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述重金属污染物为铬和铅。
4.根据权利要求1或2或3所述的应用，其特征在于，所述污泥为市政污水处理厂二沉池的污泥，所述污泥的TS值为3～20g/L。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述污泥中过氧乙酸的浓度为5～100mg/gVSS；所述等离子体是用大气压射流式低温等离子体处理。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述等离子体的放电电流为1～4A。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述等离子体处理时间为1～30分钟。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向含有重金属污染物的污泥中加入过氧乙酸，得到含有过氧乙酸的污泥；
(2)对步骤(1)所得含有过氧乙酸的污泥进行等离子体处理；
(3)泥水分离，获得处理后的污泥。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在步骤(2)中进行等离子体处理的同时对污泥进行搅拌。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在步骤(2)中采用磁力搅拌器对污泥进行搅拌。
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