微波辐射去除剩余污泥中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚的方法

技术领域

本发明属于剩余污泥处理技术，特别涉及一种微波辐射去除城市污水处理系统产生的剩余污泥(以下简称“污泥”)中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚的方法。

背景技术

壬基酚聚氧乙烯醚是一类非离子表面活性剂，约占烷基酚聚氧乙烯醚总产量的80％[Naylor CG.2001.Alkylphenol ethoxylates：Science，regulatory status，and future outlook.AATCC REVIEW 1(3)：34-38]。它具有性能优良、价格相对低廉，可用于生产清洁剂、乳化剂、润湿剂、分散剂、抗静电剂等，在工业、商贸及日化等方面的应用极为广泛。

壬基酚聚氧乙烯醚是壬基酚在碱催化下与环氧乙烷发生聚合反应产生的，是一系列不同聚合度的同系物的混合物。在环境中，壬基酚聚氧乙烯醚可再次转化为壬基酚、或短链壬基酚聚氧乙烯醚等代谢产物，好氧条件下其主要降解产物为壬基酚聚氧乙烯酸。然而，壬基酚、短链壬基酚聚氧乙烯醚等与母体壬基酚聚氧乙烯醚相比，具有更强的毒性和内分泌干扰效应，且在环境中相对稳定，对人体健康和环境安全具有一定危害和潜在的风险。

目前欧盟已全面禁止生产壬基酚，美国等国家也对壬基酚的使用进行严格监控。而与此同时，我国仍未对壬基酚的生产或使用做出明确限制。2008年我国壬基酚产量为1.7万吨，净进口为0.8万吨，表观消费量为2.5万吨/年，对壬基酚的需求量还在逐年增加。

大量的壬基酚、壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物随生活污水、生产废水进入城市污水处理厂，发生降解转化。其中，近90％的壬基酚吸附于活性污泥颗粒上，是城市污水中壬基酚去除的主要方式。而污水处理厂剩余污泥与处理出水的外排则成为壬基酚和短链壬基酚聚氧乙烯醚进入环境的主要途径[Soares，A.，B.Guieysse，et al.2008.“Nonylphenol in the environment：A criticalreview on occurrence，fate，toxicity and treatment in wastewaters.”EnvironmentInternational 34(7)：1033-1049.]。随着我国城市污水处理率的日益提高，污水处理厂迅猛增加，随之而来的剩余污泥产量也逐年增加，所以，城市污水污泥中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚所引起的生态环境安全问题已不容忽视，越来越受到公众关注。

目前，国内外有关提高剩余污泥处理过程中壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物的降解效率的研究较少，主要是厌氧消化、好氧降解等生物处理方法。一般情况下，中温厌氧消化可去除污泥中的少量壬基酚聚氧乙烯醚，而高温厌氧消化可提高去除率，并减少剩余污泥中的固体量。例如，Chang等[Chang，B.V.，Chiang，F.，Yuan，S.Y.，2005.Anaerobic degradation of nonylphenol insludge.Chemosphere 59：1415-1420.]证明硫酸盐还原菌、产甲烷菌及真细菌可在厌氧条件下去除剩余污泥中加入的壬基酚等，但Ferguson等[Ferguson，P.E.，Brownawell，B.J.，2003.Degradation of nonylphenol ethoxylates in estuarinesediment under aerobic and anaerobic conditions.Environ.Toxicol.Chem.22.1189-1199.]在批量实验中并没有从沉积物泥浆中得到壬基酚聚氧乙烯醚转化而来的壬基酚。不过，大量研究已证实壬基酚可在好氧条件下发生降解，并已应用于好氧污泥处理中[Corvini，P.F.X.，Schaffer，A.，Schlosser，D.，2006.Microbial degradation of nonylphenol and other alkylphenols-our evolving view.Appl.Microbiol.Biotechnol.72：223-243.]。高温好氧条件下，壬基酚与短链壬基酚聚氧乙烯醚可同时得到去除，且去除率高于厌氧条件[Dominique Patureau，Nadine Delgenes，Jean-Philippe Delgenes，2008.Impact of sewage sludgetreatment processes on the removal of the endocrine disrupters nonylphenolet

此外，多种物化技术被尝试用于去除城市污水中的壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物，如活性炭吸附、臭氧氧化[Deborde M，Rabouan S，Duguet J，LegubeB，2005.Kinetics of aqueous ozone-induced oxidation of some endocrinedisrupters.Environ.Sci.Technol.39：6086-6092.]、光催化、超声声化学氧化、电子束辐射分解等方法，虽取得了较好的去除效果，但技术相对复杂、成本过高，难以适于工程应用。同时，物化技术应用于去除剩余污泥中壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物的研究非常少。因此，开发符合我国国情，能够经济高效地去除城市污水处理厂产生的剩余污泥中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚，具有重要的应用价值与现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效的利用微波辐射去除城市污水处理系统剩余污泥中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚的方法，可作为城市污水处理系统剩余污泥处理与处置的技术。

本发明的微波辐射去除剩余污泥中(以下简称“污泥”)壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚的方法的工艺流程图如图1所示：包括在常压下对浓缩所述污泥进行微波辐射与过氧化氢协同作用的处理、及对处理后的所述污泥进行固液分离等。

所述的常压下对浓缩所述污泥进行微波辐射与过氧化氢协同作用的处理，是首先采用微波反应器对浓缩所述污泥进行微波辐射，所述进行微波辐射时的微波源功率在400～900W之间，当接受微波辐射的所述污泥温度达到80℃时停止微波辐射；然后以过氧化氢∶污泥的总固体含量为0.5∶1的比例加入过氧化氢溶液，再次启动微波辐射，采用微波辐射-过氧化氢协同氧化对所述污泥进行处理；待所述污泥温度达到100℃时，停止微波辐射，自然冷却至室温，协同去除所述污泥中的壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚。经上述处理得到的上清液部分回流到城市污水处理系统中，固体部分可进入污泥浓缩池中进行进一步的后续处理。

所述的浓缩所述污泥是将剩余污泥经过浓缩后得到的污泥浓度在20～30g/L之间的污泥。

所述的浓缩方式是重力浓缩或离心浓缩等。

所述的固液分离是采用重力沉降的方式进行固液分离。

所述的过氧化氢溶液的质量浓度为30％。

所述的剩余污泥是指城市污水处理厂采用活性污泥处理系统工艺对城市污水进行处理后产生的剩余污水污泥混合液。

所述的后续处理，包括用于厌氧产氢、用于厌氧消化产甲烷、好氧处理污泥减量和磷回收等。

本发明的方法升温快速，通过微波谐振与过氧氧化的协同作用，显著促进了短链壬基酚聚氧乙烯醚的降解与壬基酚的分解，不仅可有效去除城市污水处理厂剩余污泥中的壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚，而且可收到明显的污泥减量效果。

附图说明

图1.本发明的微波辐射去除城市污水污泥中壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚的工艺流程示意图。

附图标记

I离心浓缩    II微波协同处理    III固液分离