本發(fā)明涉及污泥處理領(lǐng)域，具體涉及一種印染污泥微波光催化一體化處理方法。
背景技術(shù)：
印染污泥是印染污水處理的副產(chǎn)物，印染污水含有染料、漿料、助劑等化學(xué)試劑，成分非常復(fù)雜，其中染料中含有硝基、氨基化合物和銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素，導(dǎo)致印染污泥具有很大的生物毒性，對環(huán)境污染嚴(yán)重，已成為當(dāng)今生態(tài)環(huán)境中的熱點和焦點問題。根據(jù)國家對污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化、資源化發(fā)展的戰(zhàn)略需求，充分利用污泥中的有用成分，將它變廢為寶，以廢治廢。污泥生態(tài)安全處置技術(shù)正是促進污泥處置及資源化的重要保障前提，因此通過印染污泥微波處置及高值化利用的關(guān)鍵技術(shù)的實施，形成一套適用于當(dāng)前印染污泥微波處理技術(shù)研發(fā)、設(shè)備研制及工程應(yīng)用為一體的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備是促進我國污泥處理資源化、無害化的重要舉措，實現(xiàn)國家節(jié)能減排的重要舉措之一。
對于印染污泥的處理處置，國際上仍沒有可以借鑒的有效方法，目前仍然采用傳統(tǒng)的普通污泥處理處置方法，如熱干化處理、焚燒、衛(wèi)生填埋、土地利用等。
熱干化處理法是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆?；蚍勰睿w積僅為原來的1/5～1/4，而且由于含水率在10％以下時，微生物活性受到抑制而避免產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭，利于儲藏和運輸。但是干化處理技術(shù)耗能量過高，應(yīng)用于印染污泥處理成本較高。
焚燒處理法即污泥進行干燥后，利用其中的可燃成分進行燃燒。但是污泥焚燒過程也存在一些不足。由于污泥中含有大量有害的物質(zhì)，且又在有氧環(huán)境下進行的燃燒反應(yīng)，同時污泥中含有的重金屬又可作為反應(yīng)的催化劑，所以燃燒過程中不可避免的會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，如氮氧化物、SO2及二噁英類物質(zhì)，從而對生態(tài)環(huán)境造成了二次污染。燃燒過程中的條件不易控制，產(chǎn)生的污染物較難處理，而且熱值不高，需耗費大量輔助燃料。此外污泥焚燒處理的成本較高，為其他處理工藝的2～4倍，還有可能產(chǎn)生噪聲、震動、熱和輻射。
填埋處理法即將污泥脫水化后進行填埋處理。污泥必需滿足填埋場對其力學(xué)指標(biāo)的要求：橫向剪切強度>25kPa，單軸壓強>50kPa。要達(dá)到這樣的要求，需要一定的時間和成本。脫水之后的印染污泥，由于其中所含有大量的重金屬離子以及其他一些化學(xué)藥劑，所以并不適用于農(nóng)業(yè)及土地利用。同時，填埋處理更關(guān)鍵的是要有填埋場。填埋場不僅僅會占用了大量的土地資源，垃圾填下后將對周圍的環(huán)境造成長遠(yuǎn)的影響，包括空氣，地表水，地下水，土壤各個方面，并且垃圾填下后，需要長達(dá)幾十年的維護控制，才能達(dá)到封場狀態(tài)。
土地利用法具有成本低，可充分利用污泥中營養(yǎng)物質(zhì)等優(yōu)點，但是由于印染過程中使用了大量的染料、漿料和助劑，且污泥中含有大量的病原菌、病毒和Cu、Hg、Cr、Zn等重金屬。未進行預(yù)處理的印染污泥直接施用于土地，可能會對土壤和水體造成二次污染。
20世紀(jì)90年代后，國內(nèi)外學(xué)者開始將微波技術(shù)引入污水污泥處理。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，微波處理方法的缺點是不能進行污泥干燥全處理，而僅僅是前處理過程利用微波技術(shù)，相對于熱干燥處理其經(jīng)濟性不佳，難以大批量處理，并且還要注意輻射泄露。
關(guān)于印染污泥的典型的研究如下：傅大放等用輸出功率為750W的微波輻射濃縮池污泥發(fā)現(xiàn)，輻射45min污泥含水率可降為36％。鄒路易等用微波輻射濃縮池污泥的研究表明，當(dāng)電耗小于0.2×10-3kW·h時污泥含水率仍在80％以上，電耗達(dá)0.35×10-3kW·h時污泥含水率可降至60％。田禹等研究了微波輻射處理對污泥結(jié)構(gòu)和脫水性能的影響。MENNEDEZ等對微波制備活性炭的可行性進行了分析。Gan進一步證明：微波干燥重金屬氫氧化物沉淀污泥時，對其中重金屬Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+和Pb2+有明顯固定作用。Tai HS證明了微波輻射對土壤中重金屬鉻的固定效果，滿足美國環(huán)境保護署規(guī)定5mg/L的浸出最高濃度要求。在污泥有機物和重金屬檢測方面，有少量的研究報道，比如采用Tessier五步萃取法分析城市污水廠污泥中重金屬的形態(tài)分布、采用微波輔助萃取/高效液相色譜法測定深圳市龍崗區(qū)供水集團有限公司各水廠的沉淀池和回收水池池底污泥中烷基酚類和烷基酚聚氧乙烯醚類化合物的濃度等。但這些檢測實驗的污泥用量一般都是30ml左右，所使用的微波爐設(shè)備簡陋，有的還使用家用微波爐，工業(yè)化污泥微波萃取尚未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種印染污泥微波光催化一體化處理方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
一種印染污泥微波光催化一體化處理方法，包括以下步驟：
步驟S1、向100重量份的印染污泥中添加0.01-2重量份的光催化劑、1-5重量份的萃取劑、1-10重量份的吸波劑、2-30重量份的堿性固化劑和1-5重量份的重金屬固化劑；
步驟S2、將印染污泥與步驟S1添加的光催化劑、萃取劑、吸波劑、堿性固化劑和重金屬固化劑進行均勻混合；
步驟S3、將步驟S2混合后的印染污泥處理成顆粒狀；
步驟S4、將污泥顆粒放入微波爐進行微波光催化一體化處理,并回收處理過程中產(chǎn)生的尾氣。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的印染污泥微波光催化一體化處理方法具有節(jié)能高效、均勻加熱、降解有機物、重金屬固化、低溫殺菌、污泥體積減量大等優(yōu)勢，重金屬固化劑、吸波劑、光催化劑和綠色萃取劑等物質(zhì)能使污泥體系的溫度達(dá)到300℃，微波能量能破壞污泥及其有機質(zhì)本身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，污泥有機質(zhì)被大量降解、催化氧化、萃取出來，最終可將污泥中的水分降低80％以上，加速了固化過程，可以實現(xiàn)印染污泥有機質(zhì)降解、催化氧化、微波萃取和污染物固化一體化工藝。同時，在微波處理過程中，廢氣主要是易于收集、回用的低分子無害物質(zhì)，也無輻射遺留物存在，是一種十分安全無害的高新技術(shù)。本發(fā)明能將降解為低分子的有機質(zhì)催化氧化或者萃取出來，具有成本低、同步低耗深度脫水、高溫降解有機質(zhì)、光催化活性有機質(zhì)、萃取有機質(zhì)、固化重金屬和殘余惰性有機質(zhì)等多項優(yōu)點。
進一步的，所述步驟S1的光催化劑為納米二氧化鈦、納米氧化鋅或其混合物。
采用上述進一步方案的有益效果是：本發(fā)明針對污泥中活性有機質(zhì)、惰性有機質(zhì)、重金屬等的特點，將氧化能力強、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價格低廉的無毒光催化劑二氧化鈦引入到印染污泥微波無害化處理工藝中，添加光催化劑納米二氧化鈦、納米氧化鋅或其混合物后，再進行微波處理，明顯加快了處理速率，能大幅度的增強微波處理的效果。
進一步的，所述步驟S1的吸波劑是鑄造粘土砂污泥、煤矸石粉和污泥生物炭中任意一種或多種的混合物。
采用上述進一步方案的有益效果是：利用微波選擇性加熱的特點，使微波能量集中到污泥體系，提高了微波的使用效率，污泥體系的溫度范圍是100-500℃，遠(yuǎn)高于沒有添加吸波劑的污泥體系溫度，有利于污泥中水分脫出、有機質(zhì)分解、萃取和重金屬固化。
進一步的，所述步驟S1的萃取劑是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一種或多種的混合物。
采用上述進一步方案的有益效果是：使用了萃取劑，加速了低分子有機質(zhì)和分解的有機質(zhì)的溶解和萃取行為，能使污泥有機質(zhì)含量降低50％。
進一步的，所述步驟S1的堿性固化劑是水玻璃。
采用上述進一步方案的有益效果是：采用水玻璃可以將污泥中的殘余有機質(zhì)、重金屬和膠凝材料粘結(jié)起來，并獲得高強度的微波聚合物。
進一步的，所述步驟S1的重金屬固化劑是EDTA。
采用上述進一步方案的有益效果是：采用EDTA不僅可以進一步固化污泥中的重金屬，也能降低有機質(zhì)。
進一步的，所述步驟S3中，將印染污泥處理成的顆粒直徑在5-50cm范圍內(nèi)。
采用上述進一步方案的有益效果是：可以根據(jù)處理后的污泥用途調(diào)整顆粒的直徑大小，進而獲得所需級配的輕質(zhì)填充材料。
進一步的，所述步驟S4中，微波功率范圍為100W-7000W，微波處理時間范圍為30S-1000S。
采用上述進一步方案的有益效果是：可以根據(jù)待處理的污泥總量多少確定微波的功率大小和微波時間。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
微波能量是一種新型的綠色能源，在交變的微波電場作用下，具有極性的物質(zhì)分子隨電磁場的變化而發(fā)生變化，微波輻射高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)，到達(dá)物料的內(nèi)部維管束和腺胞系統(tǒng)。微波加熱的特點如下：
a.穿透性加熱，加熱速度快。其穿透的距離，在理論上與電磁波波長同數(shù)量級。微波加熱是使被加熱物體本身成為發(fā)熱物體，稱之為整體加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過程，因此能實現(xiàn)短時間內(nèi)加熱。微波加熱時物體各部位不論形狀如何，通常都能均勻滲透電磁波，以產(chǎn)生熱量，介質(zhì)材料加熱的無效性大大改善。
b.加熱均勻。微波加熱時，物體各部位不論形狀如何，通常都能均勻滲透微波產(chǎn)生熱量。因此均勻性大大改善。可避免外焦內(nèi)生、外干內(nèi)濕現(xiàn)象。
c.選擇性加熱。微波對不同性質(zhì)的物料有不同的作用，因為水分子對微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較底的部位；物料中水比干物質(zhì)吸收微波的能力強，故水受熱高于干物質(zhì)，這有利于水分溫度上升，促使水分蒸發(fā)，也有利于干物質(zhì)發(fā)生過熱現(xiàn)象，這對減小營養(yǎng)和風(fēng)味的破壞極為有利。選擇性加熱的特點有：自動平衡吸收微波，避免物料加熱干燥時發(fā)生焦化。
d.節(jié)能高效。微波對不同物質(zhì)有不同的作用，微波加熱時，被加熱物一般都是放在金屬制造的加熱室內(nèi)，加熱室對微波來說是一個封閉的空腔，微波不能外泄；外部散熱損失少，只能被加熱物體吸收，加熱室的空氣與相應(yīng)的容器都不會發(fā)熱，沒有額外的熱能損耗，所以熱效率極高；同時，工作場所的環(huán)境也不會因此升高，環(huán)境條件明顯改善。所以節(jié)能、省電，一般可節(jié)省30％—50％。
e.易于控制。實現(xiàn)自動化生產(chǎn)微波加熱干燥設(shè)備只要操作控制控制旋紐即可瞬間達(dá)到升降開停的目的。因為在加熱時，只有物體本身升溫，爐體、爐膛內(nèi)空氣均無余熱，因此熱慣性極小，沒有熱量損失，應(yīng)用微機控制可對產(chǎn)品質(zhì)量自動監(jiān)測，特別適宜于加熱過程中和加熱工藝規(guī)范的自動化控制。
f.改善勞動條件，節(jié)省占地面積。微波加熱設(shè)備無余熱、無樣品污染問題，容易滿足食品衛(wèi)生要求，本身又不發(fā)熱、不輻射熱量，所以大大改善了勞動條件，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省廠房面積。
本發(fā)明提供了一種印染污泥微波光催化一體化處理方法，包括以下步驟：
步驟S1、向100重量份的印染污泥中添加0.01-2重量份的光催化劑、1-5重量份的萃取劑、1-10重量份的吸波劑、2-30重量份的堿性固化劑和0.1-5重量份的重金屬固化劑；
步驟S2、將印染污泥與步驟S1添加的光催化劑、萃取劑、吸波劑、堿性固化劑和重金屬固化劑進行均勻混合；
步驟S3、將步驟S2混合后的印染污泥處理成直徑在5-50cm范圍內(nèi)的顆粒狀；
步驟S4、將污泥顆粒放入微波功率范圍為100W-7000W的微波爐進行微波光催化一體化處理,處理時間范圍為30S-1000S，并回收處理過程中產(chǎn)生的尾氣。
所述步驟S1的光催化劑為納米二氧化鈦、納米氧化鋅中任意一種或多種的混合物。
所述步驟S1的吸波劑是鑄造粘土砂污泥、煤矸石粉和污泥生物炭中任意一種或多種的混合物。
所述步驟S1的萃取劑是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一種或多種的混合物。
所述步驟S1的堿性固化劑是水玻璃。
所述步驟S1的重金屬固化劑是EDTA。
現(xiàn)有的微波污泥處理方法一般是進行分析實驗，污泥用量一般都是30ml左右，主要用于測定污泥內(nèi)的里面的重金屬、有機質(zhì)含量等，分析用的微波爐內(nèi)腔只有2-3L，加熱功率700W左右。
本發(fā)明用的可以是拉門式微波爐，內(nèi)腔20L-100L，每次用量約為2000ml，加熱3-5分鐘，功率可達(dá)7000w；本發(fā)明用的也可以是隧道式微波爐，內(nèi)腔50L-200L，每次用量約為5000ml，加熱3-5分鐘，功率可達(dá)800000w。
本發(fā)明的印染污泥微波光催化一體化處理方法具有節(jié)能高效、均勻加熱、降解有機物、重金屬固化、低溫殺菌、污泥體積減量大等優(yōu)勢，重金屬固化劑、吸波劑、光催化劑和綠色萃取劑等物質(zhì)能使污泥體系的溫度達(dá)到200℃，微波能量能破壞污泥及其有機質(zhì)本身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，污泥有機質(zhì)被大量降解、催化氧化、萃取出來，污泥中的水分降低了80％以上，加速了固化過程，可以實現(xiàn)印染污泥有機質(zhì)降解、催化氧化、微波萃取和污染物固化一體化工藝。同時，在微波處理過程中，廢氣主要是易于收集、回用的低分子無害物質(zhì)，也無輻射遺留物存在，是一種十分安全無害的高新技術(shù)。
本發(fā)明針對污泥中活性有機質(zhì)、惰性有機質(zhì)、重金屬等的特點，將氧化能力強、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價格低廉的無毒光催化劑二氧化鈦、氧化鋅引入到印染污泥微波無害化處理工藝中，能將降解為低分子的有機質(zhì)催化氧化或者萃取出來，具有成本低、同步低耗深度脫水、高溫降解有機質(zhì)、光催化活性有機質(zhì)、萃取有機質(zhì)、固化重金屬和殘余惰性有機質(zhì)等多項優(yōu)點。
印染污泥變頻微波光催化一體化方法不僅降低了有機質(zhì)的含量，污泥中的重金屬和絮凝材料等也經(jīng)過水玻璃、微波雙重固化轉(zhuǎn)變?yōu)檩p質(zhì)建筑聚合體材料。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。