申请日2012.10.16
公开(公告)日2014.04.16
IPC分类号B01J27/135; C02F11/12; C02F11/06
摘要
本发明公开了一种用于污泥深度处理的新型负载催化剂，该负载催化剂由FeCl3、钛白粉、粉煤灰和硅藻土组成。本发明还公开了一种应用新型负载催化剂深度处理污泥的方法，该方法能将污泥含水量控制在50%以下，成本低、效果好、处理的污泥达到国家标准。
权利要求书
1.一种用于污泥深度处理的负载催化剂，其特征在于，由以下重量百分比的物质组成： FeCl3与钛白粉的复合物2%～12%，其中FeCl3与钛白粉的比列为8～15∶1;粉煤灰85%～ 95%;硅藻土1%～5%。
2.如权利要求1所述的负载催化剂，其特征在于，由以下重量百分比的物质组成：FeCl3与钛白粉的复合物9%～11%，其中FeCl3与钛白粉的比列为8～11∶1;粉煤灰87%～89%; 硅藻土1.5%～2%。
3.一种应用权利要求1或2所述的负载催化剂深度处理污泥的方法，其特征在于，包括 如下步骤：将剩余污泥导入反应池，在污泥中加入负载催化剂，搅拌，并通入臭氧，然后搅拌 反应后加入聚沉剂，最后将污泥通过压滤机压滤。
4.如权利要求3所述的深度处理污泥的方法，其特征在于，每100kg污泥加入负载催化 剂2000～8000g。
说明书
一种用于污泥深度处理的负载催化剂
技术领域
本发明涉及一种负载催化剂，尤其涉及一种用于污泥深度处理的负载催化剂。
背景技术
污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的有机质、微生物菌胶团等沉淀物质以及污水 表面漂浮的浮沫等残渣，其中含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物、二噁英和砷、铜、 汞、铬等有毒重金属，甚至有放射性核素等难以降解的有毒、有害物质。
随着我国城市化进程的加速，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂污泥产量以年 增长率大于10%的速度急剧增加。2010年，全国城镇污水处理率超过50%，城市污水处理率 超过70%，年污水处理量达到365亿吨，年污泥产量达2740万吨;到2015年，年污水处理 能力达到475亿吨，年污泥产量达3560万吨。污泥处理已经成为困扰我国水处理行业乃至环 境领域的重要问题。
随着污水处理能力的提高，污泥的量急剧增加，如何实现污泥无害化、减量化、稳定化、 资源化(“四化”)已成为环境领域棘手的难题和研究热点。污泥深度处理是污泥“四化” 的前提，而污泥深度处理的有效途径是高效率地破解污泥颗粒胞外多聚物的有机质膜。目前 有利用热和压力破坏污泥的胶团结构，大大减少污泥体积和杀菌处理，但由于初期投资大和 能耗高，难以推广。
臭氧的氧化还原电位为2.07v，具有极强的氧化能力，能快速有效的杀死水中的细菌和病 毒，除去水中的异味，同时还能有效去除水中的有机和无机污染物，降低水中的BOD和COD， 工艺简单，安全可靠，不产生二次污染。臭氧在水处理中的应用己经有了一百多年的历史， 人们在这方面已经积累了很多的经验，在饮用水的消毒和高浓度废水的处理上得到了广泛的 应用。近年来人们试图探索臭氧在污泥处理上的应用。虽然臭氧具有极强的氧化能力，但由 于以气体形式存在，在污泥的氧化过程中存在着气-固、固-液的传质问题和高选择性缺陷， 使得臭氧的利用效率偏低，无法高效实现污泥颗粒有机质胶束结构膜和菌胞膜的氧化降解， 限制了在污泥处理工艺中的应用。
超声波在液体媒质中传播时，在介质的微区和极短的时间内产生高温高压的高能环境，并 伴有强大的冲击波和微射流及放电发光等，这就为促进和开启通向化学反应造成了一个极端 的物理环境：产生短暂的局部高温，同时在水溶液中产生自由基·OH。为污泥处理提供一种 非常特殊的物理和化学环境
基于界面电子转移理论，结合臭氧的强氧化性以及臭氧的氧化特征，针对传统污泥深度 处理存在的问题和目前污水厂污泥处理现状，通过负载催化剂的引入，大大提高了臭氧的氧 化效果。
专利CN201019060003.3公开了一种常态下处理污泥的方法及设备，该方法使用FeCl3和 碳粉的混合物作为氧化导向剂在专用设备中处理污泥，使污泥中的含水率降至55%以下，处 理后的污泥达到B类污泥的标准，该方法突破了常温处理污泥工艺中无法脱除含有机质污泥 吸包水的技术瓶颈。
粉煤灰是火力发电厂等燃煤锅炉排放出的废渣，其主要存在形态为无定形相和结晶相。 其中的无定形相主要为玻璃体和未燃烧完的炭粒;结晶相主要是莫来石、磁铁矿、赤铁矿、 石英、方解石。粉煤灰玻璃质微珠及多孔体均以玻璃体为主，含量为50%～80%，由于玻璃 体在高温煅烧中储存了较高的化学内能，因此具有一定活性，而且比表面积较大、表面价键 存在不饱和性，具有较高的吸附能力和脱色能力。结晶相中存在大量的钙、镁、铝、铁等活 性点，能与吸附质通过化学键发生结合，在聚沉过程中有一定的协同作用和离子交换作用。 因此将粉煤灰应用于污泥处理取得了一剂多效的作用，不但以其良好的吸附能力为臭氧的氧 化反应提供载体，降低污泥氧化过程中存在的气-固、固-液的传质阻力，提高了臭氧的氧化 效率;同时对重金属离子、有机物、悬浮物、油类和色度等都有很好的去除效果和对氧化后 污泥颗粒的助絮凝作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于污泥深度处理的新型负 载催化剂，本发明的另一个目的提供一种高效负载催化剂，在常温、普通压力条件下“超声 波协同O3氧化深度脱水”，结合压滤工艺能将城市污泥中的水分含量一步降低至50%以下的 方法，同时完成杀菌、除臭、有毒重金属离子固化。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
用于污泥深度处理的负载催化剂，该负载催化剂为催化剂和载体混合物，催化剂为FeCl3与钛白粉的复合物，载体为粉煤灰、硅藻土一定比例混合物，各组分重量百分比为：FeCl3与钛白粉的复合物2%～12%，优选为9%～11%，其中FeCl3与钛白粉的比列为8～15∶1，优 选为8～11∶1;粉煤灰85%～95%，优选为87%～89%;硅藻土1%～5%，优选为1.5%～2%。
深度处理污泥的方法，包括如下步骤：
将城市污泥导入反应池，在污泥中加入本发明的负载催化剂，搅拌，并通入臭氧，然后搅 拌反应后加入聚沉剂，最后将污泥通过压滤机压滤，得到含水率50%以下的污泥。
其中，每100kg绝干污泥加入负载催化剂2000～8000g。
其中，臭氧的流量与污泥浓度相关，可自动控制，O3用量按1.00kg干污泥计为0.5～3.0g。
其中，聚沉剂由以下重量百分比的物质组成：FeCl340～55%、PAC(Polyaluminium Chloride)40～55%、CPAM(Polyacrylamide)3～10%。
其中，含水率的测定是按照GB4284-84《城镇垃圾农用监测分析方法》进行测定。
本发明公开的负载催化剂以粉煤灰为主要载体、以FeCl3与钛白粉的复合物为催化剂， 与专利CN201019060003.3公开的技术中以FeCl3和碳粉的混合物作为氧化导向剂相比，处理 药剂成本减少24%;以桂林市污泥平均干基热值2400Kcal/kg计，热值提高19.8%，可更好地 用于砖厂、水泥厂、火力电厂的中低热值燃料替代物;处理后污泥各项指标均合乎 GB/T23485-2009，横向剪切强度>25kN/m2，可直接用作垃圾填埋场覆盖土。
本发明以粉煤灰为主要载体、以FeCl3与钛白粉的复合物为催化剂的负载催化剂，在污 泥处理过程中不需使用调节剂CaO，通过负载催化剂对臭氧的吸附催化氧化作用和对聚沉剂 的协同絮凝作用，高效实现污泥颗粒有机质胶束结构膜和菌胞膜的氧化破膜，结合压滤工艺， 使处理后污泥的含水率控制在50%以下，各项指标均合乎GB/T23485-2009标准。
本发明通过负载催化剂的优化筛选，以粉煤灰为主要载体，结合催化剂的作用，大大提 高了臭氧的氧化效果和对聚沉剂的协同絮凝作用，高效率地完成高能态电子在气-固、固-液 界面的键合轨道对称转移机理，实现污泥颗粒有机质胶束结构膜和菌胞膜的氧化破膜和可控 深度处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、负载催化剂中的载体选用粉煤灰，粉煤灰在污泥处理中与臭氧协同作用，不但能提供 载体，降低污泥氧化过程中存在的气-固、固-液的传质阻力，同时对重金属离子、有机物、 悬浮物、油类和色度等都有很好的去除效果。
2、粉煤灰具有很好的吸附性能、中和沉淀和过滤截留作用，且来源广泛，价格低廉，可 节省处理成本。
3、粉煤灰存在大量的钙、镁、铝、铁等活性点，能与吸附质通过化学键发生结合，有助 于絮凝剂的吸附架桥和网捕，在聚沉过程中有明显的协同效应，为絮体的快速长大提供条件， 提高聚沉效果。与专利CN201019060003.3公开的技术相比，可减少聚沉剂中FeCl3和CPAM 的用量，降低运行成本的同时提高处理后污泥的质量，为污泥安全处置，实现零排放奠定基 础。
4、专利CN201019060003.3公开的技术在使用氧化导向剂的同时，使用了调节剂CaO， 由于CaO在污泥处理过程中转化为Ca(OH)2，处理后的污泥成碱性;若将污泥作为中低热值 燃料资源化利用，Ca(OH)2分解过程是吸热过程，使得污泥的热值受到一定程度的损耗，不 利于资源利用。本发明中不需使用调节剂CaO，节省运行成本的同时，更重要的保持了污泥 的热值。
5、处理后的污泥含水率在50%以下相对于现有技术中的55%以下相比，热值提高19.8 %左右，处理后的污泥可更好地用于可用于砖厂、水泥厂、火力电厂的中低热值燃料替代物; 各项指标均合乎GB/T23485-2009，横向剪切强度>25kN/m2，可直接用作垃圾填埋场覆盖土。
6、处理后的污泥含水率在在50%以下，含水率合乎环保部[2010]157号文件(《污水处理 厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下》) 要求，更好地方便资源利用。
7、本发明与专利CN201019060003.3公开的技术相比，由于粉煤灰协同催化氧化和协同 聚沉作用，处理成本降低了24%。