一种实现污泥中壬基酚高效去除的方法

技术领域

本发明属于环境保护及难降解有机污染物处理技术领域，涉及一种实现污泥中壬基酚高效去除的方法。

背景技术

污泥中有机污染物主要有苯、氯酚、多氯联苯(PCBs)、多氯二苯并呋喃（PCDFs）和多氯二苯并二恶英 (PCDDs)、内分泌干扰物（Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs）等。污泥中含有的有机污染物不易降解、毒性残留时间长，这些有毒有害物质进入水体与土壤中将造成环境污染。EDCs又称环境激素，是指外源性干扰人和动物体内激素的合成、释放、运输和代谢机能的化学物质。EDCs种类繁多，结构迥异，目前已被证实或疑似内分泌干扰物的环境化合物达数百种之多，其中以壬基酚（Nonylphenol, NP）为代表的烷基酚类化合物尤其受到关注。NP主要来源于壬基酚聚氧乙烯醚（简称 NPEOs）的降解。随着废水的排放与处理，NPEOs转化为毒性更强的NP，并大量富集到污泥中，对后续污泥处理处置及资源化利用产生危害。据报道，世界范围内城市污泥中NP的含量一般在mg/kg数量级。

目前，有关NP的研究主要集中在环境中NP的迁移转化、微生物降解、优势菌种培育等方面。但是一般都是采用单一方法进行，没有多种方法综合利用，所以去除率并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现污泥中壬基酚高效去除的方法，将发酵、微生物降解、生物过滤等多种方法综合利用，提高壬基酚的去除率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，包括以下步骤：

步骤（1）、将含有壬基酚的污泥加入厌氧反应器中，调节发酵pH值为碱性，加入生物表面活性剂，控制发酵温度，搅拌混合，厌氧发酵一段时间；

步骤（2）、将厌氧反应器中污泥取出，依次加入水和填料处理2-3天，所述填料内固定有混合脱氮菌；

步骤（3）、步骤（2）处理后的污泥按照1:10-15的用量比加入草木灰，混合均匀后静置2-3天即可；

步骤（4）、加入水，搅拌稀释后将混合水体排入过滤装置内，所述过滤装置内设有初滤池和精滤池。

优选的是，污泥中壬基酚的含量为50~250mg/kg干污泥。

上述任一方案中优选的是，所述pH值为7~10.0。

上述任一方案中优选的是，生物表面活性剂为鼠李糖脂和/或烷基糖苷和/或十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基磺酸钠和/或槐糖脂和/或海藻糖脂。

上述任一方案中优选的是，所述表面活性剂的投加量为0.45~45g/kg TSS。

上述任一方案中优选的是，所述发酵温度为35~50℃。

上述任一方案中优选的是，所述发酵反应时间为5~10天。

上述任一方案中优选的是，所述水和污泥的体积比为2-3:1，所述填料和污泥的用量比为0.5-0.8:1。

上述任一方案中优选的是，所述填料为将脱氮菌固定到建筑废砖表面获得，孔隙率为50%-70%。

上述任一方案中优选的是，所述填料内的空隙孔径由中间向外逐渐增大，从而增大吸附面积，提高吸附效果。

上述任一方案中优选的是，步骤（2）处理后的污泥按照1:12-14的用量比加入草木灰。

上述任一方案中优选的是，步骤（2）处理后的污泥按照1:10的用量比加入草木灰。

上述任一方案中优选的是，步骤（2）处理后的污泥按照1:12的用量比加入草木灰。

上述任一方案中优选的是，步骤（2）处理后的污泥按照1:14的用量比加入草木灰。

上述任一方案中优选的是，步骤（2）处理后的污泥按照1:15的用量比加入草木灰。

上述任一方案中优选的是，所述填料的制备方法，包括以下步骤：

（1）.将建筑废砖粉碎成直径为0.2-0.6cm的圆球、过筛，圆球内打孔，孔径为2-4mm，之后进行水洗、过滤、干燥备用；

（2）.用混合脱氮菌种，在容器中按照一定的比例分别加入预处理后的建筑废砖颗粒和混合菌种，加入适量的营养液，搅拌，并采用NaHCO3调节pH值至7.5，静置固化；

（3）.固定化完成后，滤出载体，用生理盐水洗净干净负载的微生物菌种，干燥后保存备用；

上述任一方案优选的是，所述步骤（2）中混合脱氮菌种包括硝化菌和反硝化菌。

上述任一方案优选的是，所述硝化菌和反硝化菌的比例为1-2:1-2。

上述任一方案优选的是，所述硝化菌和反硝化菌的比例为1:2。

上述任一方案优选的是，所述硝化菌和反硝化菌的比例为2:1。

步骤（2）中的营养液制备参考现有技术即可。

上述任一方案优选的是，所述步骤（4）中初滤池和精滤池存在高度差，精滤池高度低于初滤池并通过导水管连接，初滤池用于沉淀水体内的污泥，精滤池内设有多层过滤层。

上述任一方案优选的是，过滤层包括初滤棉层、活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、活性炭层。

第一鹅卵石层粒径范围较大，一般为0.8-1.5cm，第二鹅卵石层粒径范围较小，为0.4-0.8cm。第一石英砂层粒径范围相对较大，一般为1-2mm，第二石英砂层粒径范围相对较小，为0.8-1.4mm。纳米贝壳粉层粒径范围为0.2-0.5mm。

上述任一方案优选的是，初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度为1-3:1-2:4-6:4-6:3-5:3-5:0.5-2:0.2-1:1-2。

上述任一方案优选的是，初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度为1:1:4:4:3:3:0.5:0.2:1。

上述任一方案优选的是，初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度为2:1:6:6:4:4:1:0.5:1。

上述任一方案优选的是，初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度为3:2:6:6:5:5:2:1:2。

本发明中利用生物表面活性剂促进发酵产酸系统中污泥中壬基酚高效厌氧降解的基本原理如下：

壬基酚在污泥厌氧消化过程中难降解的一个重要原因是水溶性很低，亲脂性较强，极易吸附在污泥表面，导致生物可利用性差。因此，将壬基酚从污泥体系中解吸附、迁移进入水相并提高其在水相中的溶解度是提高壬基酚生物可利用性和降解率的有效途径。生物表面活性剂的添加有利于提高壬基酚在污泥厌氧发酵系统中解吸附效率，同时增加其在水相中的溶解度，为实现高效降解创造有利条件。生物表面活性剂不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能，自身也容易降解，对环境危害小。此外，污泥厌氧发酵产酸系统中含有的大量产酸微生物不但具有产酸能力，还具有一定的壬基酚降解能力，均为壬基酚的高效降解做出了贡献。

另外本发明采用填料，高效去除水体中的氮素、磷、COD、TN、TP、NP、重金属、营养盐等污染物，通过不同球形填料间的相互配合，以及填料内的孔隙结合截留、吸附、硝化作用及反硝化等过程，进一步提高NP等污染物的去除率。

过滤层中的初滤棉层、活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、活性炭层，各层之间通过土工布固定，能够对水中的相对较大的固体垃圾、颗粒物、重金属TP等进行滞留、吸附、过滤去除，从而间接提高去除效率。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，包括以下步骤：

步骤（1）、将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为15g/L，壬基酚的浓度为,60mg/kg干污泥，调节pH=10，加入生物表面活性剂鼠李糖，浓度为0.5g/kg干污泥，密封反应器保持厌氧，控制发酵反应温度37℃，厌氧发酵9d。通过微生物作用降解污泥中壬基酚。

步骤（2）、将厌氧反应器中污泥取出，依次加入水和填料处理2天，所述填料内固定有混合脱氮菌，填料和污泥的用量比为0.5:1；填料为将脱氮菌固定到建筑废砖表面获得，孔隙率为50%，填料内的空隙孔径由中间向外逐渐增大。

填料的制备方法，包括以下步骤：

（21）.将建筑废砖粉碎成直径为0.2cm的圆球、过筛，圆球内打孔，孔径为2mm，之后进行水洗、过滤、干燥备用；

（22）.用硝化菌和反硝化菌菌种，硝化菌和反硝化菌的比例为2:1，在容器中按照一定的比例分别加入预处理后的建筑废砖颗粒和混合菌种，加入适量的营养液，搅拌，并调节pH值，静置固化；

（23）.固定化完成后，滤出载体，用生理盐水洗净干净负载的微生物菌种，干燥后保存备用；

步骤（3）、步骤（2）处理后的污泥按照1:10的用量比加入草木灰，混合均匀后静置2天即可；

步骤（4）、加入水，搅拌稀释后将混合水体排入过滤装置内，所述过滤装置内设有初滤池和精滤池。初滤池和精滤池存在高度差，精滤池高度低于初滤池并通过导水管连接，初滤池用于沉淀水体内的污泥，精滤池内设有多层过滤层。水体经过过滤层过滤后从底部连通的出水管流出，检测结果发现，其去除效率为91.2%。

过滤层包括初滤棉层、活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、活性炭层，所述初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度比为1:1:4:4:3:3:0.5:0.2:1。

第一鹅卵石层粒径范围较大，为0.8cm，第二鹅卵石层粒径范围较小，为0.4cm。第一石英砂层粒径范围相对较大，一般为1mm，第二石英砂层粒径范围相对较小，为0.8mm。纳米贝壳粉层粒径范围为0.2mm。

实施例2

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，包括以下步骤：

步骤（1）将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为15g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，调节pH=10，加入生物表面活性剂烷基糖苷，浓度为50g/kg干污泥，密封反应器保持厌氧，控制发酵反应温度37℃，厌氧发酵9d。通过微生物作用降解污泥中壬基酚，其降解效率为83.1%；

步骤（2）、将厌氧反应器中污泥取出，依次加入水和填料处理3天，水和污泥的体积比为3:1，所述填料内固定有混合脱氮菌，填料和污泥的用量比为0.6:1；填料为将脱氮菌固定到建筑废砖表面获得，孔隙率为60%，填料内的空隙孔径由中间向外逐渐增大。

填料的制备方法，包括以下步骤：

（21）.将建筑废砖粉碎成直径为0.4cm的圆球、过筛，圆球内打孔，孔径为3mm，之后进行水洗、过滤、干燥备用；

（22）.用硝化菌和反硝化菌菌种，硝化菌和反硝化菌的比例为1:2，在容器中按照一定的比例分别加入预处理后的建筑废砖颗粒和混合菌种，加入适量的营养液，搅拌，并调节pH值，静置固化；

（23）.固定化完成后，滤出载体，用生理盐水洗净干净负载的微生物菌种，干燥后保存备用；

步骤（3）、步骤（2）处理后的污泥按照1:10的用量比加入草木灰，混合均匀后静置2天即可；

步骤（4）、加入水，搅拌稀释后将混合水体排入过滤装置内，所述过滤装置内设有初滤池和精滤池。初滤池和精滤池存在高度差，精滤池高度低于初滤池并通过导水管连接，初滤池用于沉淀水体内的污泥，精滤池内设有多层过滤层。水体经过过滤层过滤后从底部连通的出水管流出，检测结果发现，NP去除率为93.6%。

过滤层包括初滤棉层、活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、活性炭层，所述初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度比为2:1:6:6:4:4:1:0.5:1。

第一鹅卵石层粒径范围较大，一般为1cm，第二鹅卵石层粒径范围较小，为0.6cm。第一石英砂层粒径范围相对较大，一般为1.5mm，第二石英砂层粒径范围相对较小，为1mm。纳米贝壳粉层粒径范围为0.3mm。

实施例3

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二活性炭过滤层的厚度为3:2:6:6:5:5:2:1:2，经检测，NP去除率为92.4%。

实施例4

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，填料制备时将建筑废砖粉碎成直径为0.4cm的圆球、过筛，圆球内打孔，孔径为2mm。

实施例5

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，填料制备时将建筑废砖粉碎成直径为0.6cm的圆球、过筛，圆球内打孔，孔径为4mm。

实施例6

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，生物表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

实施例7

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，生物表面活性剂为十二烷基磺酸钠。

实施例8

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，生物表面活性剂为槐糖脂。

实施例9

一种污泥中壬基酚高效去除的方法，和实施例2相似，不同的是，生物表面活性剂为海藻糖脂。

对比例

和实施例2不同的是，过滤层顺序改为初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、零价铁离子过滤层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、纳米贝壳粉层、活性炭层。或初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、纳米贝壳粉层、第一石英砂层、零价铁离子过滤层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、活性炭层。或初滤棉层、第一活性炭过滤层、第一鹅卵石层、第一石英砂层、纳米贝壳粉层、零价铁离子过滤层、第二鹅卵石层、第二石英砂层、活性炭层。

采用小型水泵将精滤池内泥水恒流泵入处理桶体内，经过过滤层内处理，由下端出水管排出。水质分析采用原子吸收分光光度法。装置运行采用连续进水方式，其他条件不变。按照上述方法运行后，测定NP去除效果均低于实施例2，因此，实施例2中各过滤层的顺序组合可以使实现去除效果最优。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。