剩余污泥負(fù)載光催化劑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種剩余污泥負(fù)載光催化劑，所述光催化劑負(fù)載于在剩余污泥載體上，并經(jīng)煅燒、研磨，得到可高效降解甲醛和有機(jī)廢水的剩余污泥負(fù)載光催化劑。本發(fā)明公開了剩余污泥負(fù)載光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：按質(zhì)量比6:1稱取剩余污泥與TiO2光催化劑，混勻后置于540℃馬弗爐煅燒，并研磨成粉末狀或粒狀。本發(fā)明還公開了剩余污泥負(fù)載光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：將待降解物質(zhì)置于反應(yīng)器中，加入剩余污泥負(fù)載光催化劑，打開紫外燈照射，完成甲醛降解并回收光催化劑。本發(fā)明所述剩余污泥負(fù)載光催化劑負(fù)載率高、不易脫落，且光催化效率高、效果穩(wěn)定；本發(fā)明所提供的制備方法和應(yīng)用簡便，成本低廉，可在空氣凈化和有機(jī)廢水處理中推廣應(yīng)用。
【專利說明】剩余污泥負(fù)載光催化劑及其制備方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種污水處理廠剩余污泥資源化利用方法。 本發(fā)明還涉及光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種新型剩余污泥負(fù)載光催化劑。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，活性污泥法和生物膜法等生物法被廣泛應(yīng)用于城市污水處理中，但在污水 處理過程中通常會產(chǎn)生大量剩余污泥。
[0003] 剩余污泥是指污水處理過程中所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，是污水處 理廠的必然產(chǎn)物。據(jù)《2013-2017年中國污泥處理處置深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》 統(tǒng)計(jì)2010年我國城鎮(zhèn)污水處理廠已經(jīng)建有2500多座，城市污水處理能力已達(dá)到每天1. 22 億噸，為實(shí)現(xiàn)國家的減排目標(biāo)和水環(huán)境改善，做出了巨大貢獻(xiàn)。但是污水廠的建設(shè)及運(yùn)行伴 隨產(chǎn)生了大量剩余污泥，以含水率80%計(jì)，全國年污泥總產(chǎn)水量將很快突破3000萬噸，污 泥處理形勢十分嚴(yán)峻。剩余污泥的處理費(fèi)用占整個(gè)污水廠投資及運(yùn)行費(fèi)用的25 %?65%。 因此，剩余污泥的處理與處置是城市污水廠亟待解決的問題。
[0004] 目前，污泥處置的一般方法包括填埋、焚燒等，但是這些方法存在一些弊端。因此， 污泥的根本出路是資源化利用。目前，剩余污泥資源化利用的主要途徑有農(nóng)業(yè)利用、建材利 用、能源利用、制取微生物絮凝劑等。
[0005] 剩余污泥的資源化利用目前正處于市場推廣與工程放大的上升期，其不但解決了 污泥的處置問題，同時(shí)也解決能源的出路問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于技術(shù)尚不 成熟，以及各種現(xiàn)實(shí)因素的阻礙，剩余污泥的資源化利用效率仍較低，穩(wěn)定性有待提高。
[0006] 光催化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種高效的污染物降解技術(shù)，二氧化鈦（Ti02)作 為一種綠色環(huán)保型光催化劑具有較高的光催化活性，且具有穩(wěn)定高效、無毒價(jià)廉、常溫常壓 下即可操作等優(yōu)點(diǎn)，在空氣凈化、抗菌消毒以及污水處理等領(lǐng)域中得到廣泛研究與應(yīng)用。
[0007] Ti02負(fù)載于適當(dāng)?shù)妮d體后，可獲得較大的表面結(jié)構(gòu)和適合的孔結(jié)構(gòu)，并具有一定 的機(jī)械強(qiáng)度和較好的流化性能，以便在各種反應(yīng)床上應(yīng)用。活性炭具有較強(qiáng)的吸附性，能將 水中的微量污染物富集在光催化劑表面，可為光催化劑提供高濃度的污染物環(huán)境而加快污 染物光催化降解速率。因此，將光催化劑負(fù)載于活性炭上是提高光催化劑催化效率的一種 很好的途徑。
[0008] 目前，制備負(fù)載型光催化劑的技術(shù)很多，主要有粉體燒結(jié)法、偶聯(lián)法、水解沉淀法、 離子交換法和溶膠-凝膠法等。這些方法雖技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛，但操作復(fù)雜，成本較高。 有研究先將污水廠的絮凝污泥或剩余污泥活化成活性炭，再通過溶膠-凝膠法將光催化劑 負(fù)載于活性炭上，制備出活性炭負(fù)載光催化劑。活性炭具有吸附作用，能為光催化降解甲醛 提供一定的吸附力，因而從一定程度上提升了光催化活性。然而，活化成本較高，操作繁瑣， 且將光催化劑負(fù)載于活性炭在技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)，負(fù)載率低，易脫落。以上不足使得活性炭負(fù) 載光催化劑制備成本較高，且性能不穩(wěn)定。本發(fā)明將光催化劑直接負(fù)載于剩余污泥上，經(jīng)煅 燒、研磨，研發(fā)出一種新型剩余污泥負(fù)載光催化劑，不僅簡化了制備工藝、降低了制備成本， 還提升了光催化劑的光催化性能，因而具有巨大的應(yīng)用潛力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：為了克服目前負(fù)載型光催化劑負(fù)載率較低、制備 工藝復(fù)雜、費(fèi)用較高等難題，提供一種負(fù)載率高且成本低的新型剩余污泥負(fù)載Ti02光催化 齊U，該剩余污泥負(fù)載光催化劑將光催化劑直接負(fù)載于剩余污泥上，并提供一種操作簡單、成 本低廉的剩余污泥負(fù)載光催化劑制備方法及其在空氣凈化中的應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種新型剩余污泥負(fù)載光催化劑，其 特征在于：所述剩余污泥負(fù)載光催化劑以剩余污泥為載體，所述載體上負(fù)載有Ti〇2光催化 齊U，所述載體與光催化劑質(zhì)量比為6:1。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述剩余污泥采用城市污水廠經(jīng)濃縮、調(diào)治、脫水、穩(wěn)定后的剩 余污泥。若污水廠進(jìn)水中含有重金屬或其他有毒有害物質(zhì)，剩余污泥應(yīng)進(jìn)行重金屬析出及 消毒等預(yù)處理。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種剩余污泥負(fù)載光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟：（1)稱重：按一定比例稱取剩余污泥和Ti0 2光催化劑；（2)混勻：將稱好的剩余污泥 載體與光催化劑混合均勻；（3)煅燒：將混勻后的混合物在馬弗爐中煅燒；(4)研磨：將煅 燒后的剩余污泥負(fù)載光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
[0013] 所述剩余污泥與二氧化鈦質(zhì)量比為6:1。
[0014] 所述煅燒操作溫度為540°C。
[0015] 所述研磨使用研缽，研磨后粒徑不大于5_。
[0016] 本發(fā)明通過將光催化劑負(fù)載在剩余污泥上并經(jīng)煅燒，得到可高效降解甲醛的污泥 負(fù)載光催化劑。所述剩余污泥經(jīng)煅燒后具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，可為光催化劑降解污染物質(zhì)提 供較大的比表面積，因而可提升光催化劑的光催化降解性能。所述剩余污泥負(fù)載光催化劑 不僅可高效降解室內(nèi)空氣污染物質(zhì)甲醛，對其他室內(nèi)空氣污染物質(zhì)及有機(jī)廢水也有較好降 解效果。所述剩余污泥負(fù)載光催化劑的制備方法簡單，成本低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景和市 場價(jià)值。
[0017] 本發(fā)明還提供了剩余污泥負(fù)載光催化劑的應(yīng)用，利用剩余污泥負(fù)載光催化劑降解 甲醛，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應(yīng)器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將所述剩余污泥負(fù)載光催化劑置于反應(yīng)器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。
[0018] 所述甲醛初始濃度為18. 34?26. 72mg/m3時(shí)，剩余污泥負(fù)載光催化劑對甲醛具有 良好的降解效果。
[0019] 利用剩余污泥負(fù)載光催化劑降解有機(jī)廢水，其特征在于，包括以下步驟： (1) 向反應(yīng)器中加入有機(jī)廢水； (2) 將所述污泥負(fù)載光催化劑加入至有機(jī)廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應(yīng)器進(jìn)行攪拌2h ; (5) 沉淀靜置30min，排出上清液水； (6) 重復(fù)步驟⑴操作。
[0020] 所述甲醛濃度為618. 3?1326. 8mg/L時(shí)，剩余污泥負(fù)載光催化劑對有機(jī)廢水具有 良好的處理效果。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述剩余污泥負(fù)載光催化劑負(fù)載率高，不易脫落，且處 理效率高，煅燒后的剩余污泥為光催化提供載體和吸附力，不僅能有效凈化環(huán)境，還能有效 解決剩余污泥處置難題；本發(fā)明所述污泥負(fù)載光催化劑制備方法簡單，成本低廉，可在空氣 凈化和有機(jī)廢水處理中廣泛推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明所述剩余污泥負(fù)載光催化劑掃描電鏡圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明所述剩余污泥負(fù)載光催化劑降解甲醛濃度效果圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明所述剩余污泥負(fù)載光催化劑降解有機(jī)廢水生化需氧量（C0D)變化。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明提供了一種剩余污泥負(fù)載光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，下面結(jié)合具體實(shí) 施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026] 實(shí)施例1 : 一種本發(fā)明的剩余污泥負(fù)載光催化劑，所述光催化劑負(fù)載于剩余污泥 載體上，經(jīng)煅燒、研磨，得到剩余污泥負(fù)載光催化劑（圖1)。將所得剩余污泥負(fù)載光催化劑 置于含有甲醛的容器中，并進(jìn)行紫外燈照射，從而達(dá)到降解甲醛的目的。
[0027] 上述剩余污泥負(fù)載光催化的制備方法，包括以下步驟： (1) 稱重：按照質(zhì)量比6:1稱取剩余污泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩余污泥載體與光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻后的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設(shè)置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒后的剩余污泥負(fù)載Ti02光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
[0028] 上述剩余污泥負(fù)載光催化劑降解甲醛的應(yīng)用，包括以下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應(yīng)器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將污泥負(fù)載光催化劑置于反應(yīng)器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。
[0029] 如圖2所示,反應(yīng)開始后甲醒被迅速降解，lh后甲醒濃度由22. 5mg/m3降至2. 4mg/ m3,降解率達(dá)89. 3%。
[0030] 實(shí)施例2 :-種本發(fā)明的剩余污泥負(fù)載光催化劑，所述光催化劑負(fù)載于剩余污泥 載體上，經(jīng)煅燒、研磨，生成剩余污泥負(fù)載光催化劑，將所得剩余污泥負(fù)載光催化劑置于有 機(jī)廢水中，并進(jìn)行紫外燈照射，從而達(dá)到處理有機(jī)廢水的目的。
[0031] 上述剩余污泥負(fù)載光催化劑的制備方法，包括以下步驟： (1)稱重：按照質(zhì)量比6:1稱取剩余污泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩余污泥載體與Ti02光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻后的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設(shè)置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒后的剩余污泥負(fù)載1102光催化劑研磨成粒狀。
[0032] 上述剩余污泥負(fù)載光催化劑降解有機(jī)廢水的應(yīng)用，包括以下步驟： (1) 向反應(yīng)器中加入有機(jī)廢水； (2) 將所述污泥負(fù)載光催化劑加入至有機(jī)廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應(yīng)器進(jìn)行攪拌2h ; (5) 沉淀靜置30min，排出上清液水。
[0033] 如圖3所示，反應(yīng)開始后有機(jī)廢水C0D被迅速降解，2h后C0D濃度由初始濃度 1123mg/L 降至 172mg/L，降解率達(dá) 84. 7 %。
【權(quán)利要求】
1. 一種剩余污泥負(fù)載光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，其特征在于：所述光催化劑負(fù)載 于城市污水廠經(jīng)濃縮、調(diào)治、脫水、穩(wěn)定后的剩余污泥上，經(jīng)煅燒、研磨，得到可高效降解甲 醛和有機(jī)廢水的剩余污泥負(fù)載光催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余污泥負(fù)載光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 稱重：按照質(zhì)量比6:1稱取剩余污泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩余污泥載體與光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻后的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設(shè)置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒后的剩余污泥負(fù)載Ti02光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余污泥負(fù)載光催化劑降解甲醛的應(yīng)用，其特征在于，包括以 下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應(yīng)器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將所述污泥負(fù)載光催化劑置于反應(yīng)器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。 利用剩余污泥負(fù)載光催化劑降解有機(jī)廢水，其特征在于，包括以下步驟： (1) 向反應(yīng)器中加入有機(jī)廢水； (2) 將所述污泥負(fù)載光催化劑加入至有機(jī)廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應(yīng)器進(jìn)行攪拌2 h ; (5) 沉淀靜置30 min，排出上清液水； (6) 重復(fù)步驟⑴操作。
【文檔編號】B01J21/06GK104117348SQ201410308740
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】陳洪波, 李小明, 朱格, 葉淑靜, 王貝貝, 李煒琦, 柳虹, 楊麒, 曾光明 申請人:湖南大學(xué)