申请日2015.11.24
公开(公告)日2016.03.30
IPC分类号C02F11/00
摘要
一种微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，将具有规则形貌的交联环糊精聚合物采用滤网包裹后放入待处理的焦化污泥中，再用预设功率和设定时间的微波辐照所述焦化污泥进行无害化处理过程。本发明方法首次使用微波辅助交联环糊精作为焦化污泥的处理方法，特别适用于焦化污泥有害成分的处理，提高了污染物处理效果，增强交联环糊精的处理能力，提升了处理焦化污泥的速度，同时可全面的改善焦化污泥的臭味和色度;所使用的交联环糊精具有再生功能，其利用效率高，使用成本低，具有良好的工业化应用前景。
权利要求书
1.一种微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于包括以下步骤：将交联环糊精加入待处理的焦化污泥中，再使用微波持续辐照所述焦化污泥进行无害化处理。
2.根据权利要求1所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：具体步骤为：
Ⅰ.将所述焦化污泥放入容器中;
Ⅱ.将所述交联环糊精进行包裹后放入所述焦化污泥中;
Ⅲ.将盛放所述焦化污泥的容器放入包含微波发生器的微波辅助反应装置中，设定微波发生功率和时间;
Ⅳ.开启所述微波发生器，按照设定时间对所述焦化污泥进行持续辐照。
3.根据权利要求2所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：步骤Ⅱ中使用滤网包裹所述交联环糊精。
4.根据权利要求1或2所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：所述交联环糊精具有规则形貌。
5.根据权利要求4所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：所述交联环糊精为球形交联环糊精聚合物。
6.根据权利要求1至3任一项所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：所述焦化污泥的浓度范围为5-15000mg/L。
7.根据权利要求1至3任一项所述的微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，其特征在于：所述微波功率控制在10-1000W，辐照时间为5-360min。
说明书
一种微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种焦化污泥处理技术，尤其涉及一种使用微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，是焦化污泥无害化处理的新方法。
背景技术
污泥处理即污泥经单元工艺组合处理，达到减量化、稳定化、无害化的全过程，近年来，随着可持续发展理念的深入，污泥的资源化处理日趋获得重视，目前国内外污泥处理处置所依循的原则均是减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥资源化处理包含两个方面理念：一是将污泥处理至可利用的资源，如制造生物肥料或工程材料等，实现变废为宝;二是采用节能降耗节省投资的处理工艺。目前国内外常用的污泥处理工艺包括生化和物化两种处理路线。
污泥处理的一类对象为焦化污泥，焦化污泥是焦化废水处理过程所排放的污泥，其中不仅有难降解的有机污染物，还有不同含量的重金属以不同的化学形态存在，这种复杂组分状况直接对环境构成更大的风险，并影响着污泥处置方法的选择。
现有技术中公开了使用微波参与污泥处理过程的方法，孙德栋等人在“微波联合活性炭纤维处理剩余污泥的研究”(环境科学与技术,2011,34(8):143-146)研究中表明，当微波功率700W，辐照时间60s，活性炭纤维投加量0.32g/gSS(每克悬浮固体)时，污泥分解率可达30.9%，与单独微波辐照相比，污泥分解率增大一倍。董誉等人在“微波纳米磁粉协同作用处理污泥的研究”(环境工程学报,2011,5(3):680-684)一文中提到在微波和纳米磁粉的协同作用下，污泥快速发生水解，5min内VSS(挥发性悬浮物)溶解率达到34162%，COD(化学需氧量)溶出率达到13138%，在显微镜下观察到污泥微生物细胞发生了破裂;污泥沉降性能得到改善，破解前后污泥10min的沉降速率分别为1818mL/min和1916mL/min，500mL破解前后污泥的30minSV(沉降体积)分别为275mL和253mL;破解后污泥离心脱水含水率为84176%，其体积是原污泥体积的7187%。刘佳等人在“微波辐照与碱联合处理污泥的试验研究”(环境污染与防治,2008,30(12):62-65)中研究结果显示在相同NaOH投加量下，达到相同污泥减少率(减量20%左右)时，用热碱处理需要0.5h，而微波辐照/碱处理只需120s。微波辐照/碱处理可以加剧污泥的溶胞作用，在微波辐照功率为800W，辐照时间为120s，NaOH投加量为0.16g/gSS时，SS溶解率达到19.7%;处理后污泥中溶解性SCOD(溶解性化学需氧量)增至3107mg/L，比处理前增加了约11倍;TN(总氮)增至59.9mg/L，比处理前增加了约2.7倍;TP(总磷)增至23.9mg/L，比处理前增加了约0.9倍;NH+4-N减至3mg/L左右。
环糊精(Cyclodextrin,CD)为一种可用于污染物生物处理技术的物质，是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，环糊精分子形成包含亲水性外表面和疏水性内空洞的略呈锥形的圆环结构，该结构使环糊精具有包合作用，其能与污染物形成稳定的包络物，从而减少环境污染，可用于生物法处理工业废水，具有环保上的应用价值。环糊精中最常见的是分别含有6、7和8个葡萄糖基单元的α-CD、β-CD和γ-CD，其中β-CD又以孔洞大小适中且生产成本低，成为目前工业化大量生产并广泛应用的环糊精产品。但由于环糊精在水中的溶解度小等结构特性，不利于其对污染物的吸附，使其环保应用受到限制，为修正结构缺陷以扩大其应用范围，需要对其进行修饰改性以增强其与污染物接触及沉降的能力。环糊精的改性分为化学改性和酶法改性两种，其中化学改性相对重要，是指在保持基本环骨架不变的情况下，利用环糊精分子中的羟基等反应性基团进行酞化、酷化、氧化和交联等化学反应，在分子中引入新的功能基团，以达到特殊的应用目的。
关于改性环糊精，特别是交联环糊精在环保领域的应用，周玉青等人在“用新型交联β-环糊精处理苯酚废水”(化学反应工程与工艺,2011,27(5):477-480)一文中提到交联环糊精的再生吸附率达到88%以上，这一再生吸附是在不断补充损失量的情况下，文章没有提及交联β-环糊精在吸附和再生过程损失，以及如何解决这种损失。王海军等人在“HDI改性β-环糊精及其焦化废水处理”(生物加工过程,2013,11(6):82-85)中发现，HDI-β-CD的吸附性能可以再生，重复再生10次后吸附率仍在58.1%，但没有提及HDI-β-CD在使用过程中的质量损耗问题。在中国专利文献CN201410639016.7中，提供了一种超声辅助条件下使用交联剂来改性环糊精的方法，制备的改性环糊精交联聚合物呈现规则形貌，可用于有机废水的处理，在废水处理过程中具有很强的再生性，并且吸附和再生过程的质量损失小于20%。
基于上述现有技术状况，本发明着眼于开发一种新型的焦化污泥处理技术，通过微波辅助具有优良性能的交联环糊精进行污泥处理，以期取得更好的焦化污泥无害化处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种无害化处理焦化污泥的新方法，利用微波技术辅助交联环糊精，能够有效去除焦化污泥中的酚类、苯类、重金属离子等污染物，同时缩短交联环糊精处理时间，提高处理效果。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种微波辅助交联环糊精处理焦化污泥的方法，包括步骤为：将交联环糊精加入待处理的焦化污泥中，再使用微波持续辐照所述焦化污泥进行无害化处理。
优选地，处理焦化污泥的具体步骤为：
Ⅰ.将所述焦化污泥放入容器中;
Ⅱ.将所述交联环糊精进行包裹后放入所述焦化污泥中;
Ⅲ.将盛放所述焦化污泥的容器放入包含微波发生器的微波辅助反应装置中，设定微波发生功率和时间;
Ⅳ.开启所述微波发生器，按照设定时间对所述焦化污泥进行持续辐照。
进一步优选地，步骤Ⅱ中使用滤网包裹所述交联环糊精。
优选地，所述交联环糊精具有规则形貌。
进一步优选地，所述交联环糊精为球形改性环糊精交联聚合物，该交联环糊精采用常用环糊精为原料，如α-CD、β-CD和γ-CD中的一种或多种的混合，通过交联聚合反应并加入分散剂的方式制备，所述交联环糊精在废水处理过程中具有很强的再生性，并且吸附和再生过程的质量损失小，用于焦化污泥处理也可取得较好的效果。
优选地，本发明可处理的所述焦化污泥的浓度范围为5-15000mg/L，相应的加入的交联环糊精的量可以是1-1000g/L。
优选地，所述所述微波功率控制在10-1000W，辐照时间为5-360min。
本发明焦化污泥处理方法处理的焦化污泥主要污染物包括：酚类、苯类、萘系、重金属离子、氨氮类、硫化物等污染物因子;本发明能将焦化污泥臭味去除，经过充分的处理过程，最高可将臭味从4级(恶臭)降至1级(需仔细才能闻到);还能改变焦化污泥色度，可从处理前的480度降低至20度。
本发明技术方案首次采用微波辅助交联环糊精的方法无害化处理焦化污泥，具有以下有益效果：
1.可有效的实现对焦化污泥中的有机污染物、总金属离子等多种污染物的无害化处理;
2.使用微波作为焦化污泥的辅助手段，吸附率提高了10-40%，比单独使用交联环糊精时处理能力提高了5-50%，可缩短处理时间20-60min，提升污泥处理效率;
3.使用的交联环糊精利用效率高，具有再生功能，适合工业化应用;
4.可全面的改善焦化污泥的臭味和色度，无害化处理效果全面。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。
本发明实施例所用的交联环糊精为根据中国专利文献CN201410639016.7公开的方法自制的球形交联环糊精聚合物。
实施例1
本实施例在实验室条件下进行，将一定量的焦化污泥放置于广口瓶中，然后加入滤网包裹好的自制交联环糊精，然后将广口瓶置于微波容器中进行无害化处理;设定微波发生器的功率和时间，使用计时器，间隔一定时间后取少量焦化污泥样品，取出的样品立即使用离心分离器分离，过滤膜过滤后用气相色谱法测定上层清液浓度，分析所用过滤膜不大于300目;在取样过程中，因为交联环糊精吸附会达到平衡状态，吸附平衡时间为20-3600min，因此取样间隔时间不超过20min为宜
本实施例中，使用微波作为辅助手段与交联环糊精无害化处理焦化污泥有机物浓度为15000mg/L。
将浓度为15000mg/L的焦化污泥置于广口瓶内，按1000g/L污泥加入自制交联环糊精，微波发生器的功率为1000W，间隔30min后取焦化污泥样品，进行离心分离，用300目过滤膜过滤后用气相色谱法进行测定分离后上层清液浓度。辐照360min后取焦化污泥样品，臭味从4级降低到2级，色度从480度降低到50度。
实施例2
本实施例使用微波作为辅助手段与交联环糊精无害化处理浓度10000mg/L的焦化污泥有机物。
将浓度为10000mg/L的焦化污泥置于广口瓶内，按800g/L污泥加入自制交联环糊精，微波发生器的功率为800W，间隔40min后取焦化污泥样品，进行离心分离，用200目过滤膜过滤后用气相色谱法进行测定分离后上层清液浓度。辐照320min后取焦化污泥样品，臭味从4级降低到1级，色度从420度降低到43度。
实施例3
本实施例使用微波作为辅助手段与交联环糊精无害化处理浓度5000mg/L的焦化污泥有机物。
将浓度为10000mg/L的焦化污泥置于广口瓶内，按600g/L污泥加入自制交联环糊精，微波发生器的功率为500W，间隔25min后取焦化污泥样品，进行离心分离，用100目过滤膜过滤后用气相色谱法进行测定分离后上层清液浓度。辐照300min后取焦化污泥样品，臭味从4级降低到1级，色度从320度降低到30度。
实施例4
本实施例使用微波作为辅助手段与交联环糊精无害化处理浓度1000mg/L的焦化污泥有机物。
将浓度为5000mg/L的焦化污泥置于广口瓶内，按500g/L污泥加入自制交联环糊精，微波发生器的功率为300W，间隔20min后取焦化污泥样品，进行离心分离，用100目过滤膜过滤后用气相色谱法进行测定分离后上层清液浓度。辐照120min后取焦化污泥样品，臭味从4级降低到1级，色度从200度降低到20度。
实施例5
本实施例使用微波作为辅助手段与交联环糊精无害化处理浓度10mg/L的焦化污泥有机物。
将浓度为5mg/L的焦化污泥置于广口瓶内，按1g/L污泥加入自制交联环糊精，微波发生器的功率为10W，间隔25min后取焦化污泥样品，进行离心分离，用100目过滤膜过滤后用气相色谱法进行测定分离后上层清液浓度。辐照250min后取焦化污泥样品，臭味从4级降低到1级，色度从110度降低到20度。
应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。