一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法。包括生物质的结构处理、调质处理，制备的生物质悬浆或废水浓缩液加入紫外光催化反应器，再加入1?10g/L的氧化剂，并通入0.1?0.8MPa的压缩空气进行曝气搅拌，再通过微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光、催化剂及氧化剂的协同作用下对生物质悬浆或废水中生物质实施催化预处理。本发明通过采用微波无极紫外光催化剂体系中催化裂解、光催化氧化、均相催化氧化等多种作用同时发生，反应效率高，且可以通过控制预处理条件控制氧化阶段，使处理后生物质适于微生物利用，具有绿色环保。
【专利说明】
一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法
技术领域
[0001]本发明属于生物质降解技术领域，特别是涉及一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法。
【背景技术】
[0002]纤维素和木质纤维素原料和废物是最为常见来源广泛的可再生生物质原料，常规的预处理方法包括化学试剂法、机械法和酶学法。Elshafei A.等人(B1resource Tech.(1991)35:73-80)实用NaOH预处理玉米秸杆.Kim，T和Y Lee(B1resource Tech，(2005)96:2007-2013)使用大量氨水预处理玉米秸杆。
[0003]有机废水也是一种生物质源，随着工业发展，污染物排放量日渐增加，而且所排放出的废水大部分都是成分复杂的高浓度难生物降解的物质，给生态环境和人类健康带来了一定程度的危害。对这类废水，常规处理工艺效果不佳或成本较高，处理出水TOC仍不能达标，直接外排造成环境污染及水资源浪费。
[0004]因此，针对难降解的生物质提供了一种采用紫外光照射预处理的方法，通过该方式可以有效地进行难降解生物质的预处理，该方式无额外污染，不受外界因素的影响，过程简单。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，通过采用微波无极紫外光催化剂体系中催化裂解、光催化氧化、均相催化氧化等多种作用同时发生，解决了现有的难降解的生物质处理成本高，处理复杂问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明为一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，包括如下步骤，
[0008]a生物质的结构处理:将秸杆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便或垃圾生物质通过粉碎机进行粉碎，粉碎成I cm-1 Ocm的长度、通过烘干机温度控制在40 °C进行烘干、再次粉碎、过10-20目筛，制得生物质粉料;有机废水通过混凝、吸附或膜截留方式将有机物进行浓缩富集，富集后有机废水的TOC浓度为1000-10000mg/L;
[0009]b调质处理:取步骤a中前处理制得的生物质粉料用水配制为生物质悬浆，其中生物质粉料浓度为10g/L-100g/L;废水浓缩液则直接取用，用H2S04及Ca(0H)2调节生物质悬浆或废水浓缩液的pH至3.0-8.0；
[0010]c将步骤b中制备的生物质悬浆或废水浓缩液加入紫外光催化反应器中，分别称取1-20g/L的紫外光催化剂及1-20g/L的吸波材料，加入生物质悬浆或废水浓缩液中；
[0011 ] d再加入l-10g/L的氧化剂，并通入0.1-0.8MPa的压缩空气进行曝气搅拌；
[0012]e紫外光催化反应器中装有2-12个无极紫外灯，微波频率为950-2450MHZ，微波的功率为400-800W，开启微波，催化预处理时间为0.5h-2h，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光、催化剂及氧化剂的协同作用下对生物质悬浆或废水中生物质实施催化预处理，生物质悬浆转化为还原糖及有机酸，废水中有机物部分矿化为二氧化碳和水，部分转化为可生化性较好的有机酸。
[0013]进一步地，所述步骤a中混凝剂为硫酸铁、硫酸铜、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝中的一种或其混合物;吸附剂包括硅藻土、膨润土或活性炭。
[0014]进一步地，所述步骤d中氧化剂包括双氧水、臭氧、ClO2中的一种或其混合物。
[0015]进一步地，所述步骤c中吸波材料选用活性炭或铁氧体。
[0016]进一步地，所述步骤e中无极紫外灯为填充Hg及Ar的无极紫外灯，无极紫外灯管材料为透明石英管，该无极紫外灯通过微波能激发产生紫外光。
[0017]本发明具有以下有益效果:
[0018]1、本发明对生物质预处理时间短、条件温和:微波能够大大加速反应速率，可以产生热效应与非热效应，能够在短时间内达到较好的处理效果，较常规处理方法时间缩短2/3以上，用固体酸催化剂替代常规液态酸，对设备腐蚀小，条件温和。
[0019]2、高效廉价:微波无极紫外光催化剂体系中催化裂解、光催化氧化、均相催化氧化等多种作用同时发生，反应效率高，且可以通过控制预处理条件控制氧化阶段，使处理后生物质适于微生物利用。先对废水中有机物进行浓缩后再处理，大大提高微波系统的处理量，降低整体成本，且混凝剂、吸附剂能够兼起微波无极紫外光催化剂的作用，经微波无极紫外光催化处理后循环利用。
[0020]3、绿色环保:某些有机废弃物富含大量有机碳，经过微波无极紫外光催化预处理后转化为可为微生物利用的碳源物质，供给微生物产能，不仅解决了废弃物的环境污染问题，同时解决了微生物系统的营养物质来源问题，用于废水预处理可取代厌氧产酸过程，提高后步好氧生化处理负荷和处理能力符合节能减排的要求。
[0021]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【具体实施方式】
[0022]对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]本实施例的一个具体步骤为:
[0024](I)按照质量百分配比称量所述的有效成分包括过渡金属氧化物MxOy0.1Kg(10%)、Ce020.15Kg(15%)、Zr020.2Kg(20%)、γ-A12030.2Kg(20% )、Ti020.2Kg(20% )、粘土Si020.15Kg(15 % )，其中过渡金属氧化物MxOy为CuO;
[0025](2)将工序(I)中称量好粉料混合后，再与水混合加入湿式球磨罐球磨，粉料与水的质量配比为1:1混合后加入湿式球磨罐并控制转速100r/min，球磨10h，使之混合均勾；
[0026](3)取出混合后粉料在60°C条件下干燥，加入占粉料质量百分配比5%的粘合剂甲基纤维素后，磨细过40目筛得到粉体，在压片机上压片成型，压片成型压力1MPa;
[0027](4)在60°C条件下干燥成型压片1h;将干燥后的成型压片放在马弗炉中，在450°C条件下煅烧活化5h;冷却后粉碎过10-40目筛，即制成所述的微波紫外光催化处理生物质催化剂。
[0028](5)将秸杆进行分拣、切割、50°C烘干、粉碎、过10-20目筛，制得生物质粉料;将秸杆粉料与水配制为悬浆，粉料浓度为1(^/1，取该悬浆51^，用!12304及0&(0!02调节悬浆的？!1至 3.0;
[0029](6)将上述工序制备的秸杆悬浆加入微波无极紫外光催化反应器中，分别称取10g/L实施例1所制备的微波无极紫外光催化剂及lg/L的活性碳，加入悬浆中；
[0030](7)再加入5g/L的H202，并通入0.1MPa的压缩空气进行曝气搅拌；
[0031]微波反应器中装有7个无极紫外灯，微波频率为2450MHz，微波的功率为800W，开启微波，催化预处理时间为lh，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光、催化剂及氧化剂的协同作用下对生物质悬浆实施催化预处理。
[0032]以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的【具体实施方式】。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【主权项】
1.一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，其特征在于:包括如下步骤， a生物质的结构处理:将秸杆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便或垃圾生物质通过粉碎机进行粉碎，粉碎成I cm-1 Ocm的长度、通过烘干机温度控制在40 °C进行烘干、再次粉碎、过10-20目筛，制得生物质粉料;有机废水通过混凝、吸附或膜截留方式将有机物进行浓缩富集，富集后有机废水的TOC浓度为1000-10000mg/L; b调质处理:取步骤a中前处理制得的生物质粉料用水配制为生物质悬浆，其中生物质粉料浓度为10g/L-100g/L;废水浓缩液则直接取用，用H2S04及Ca(0H)2调节生物质悬浆或废水浓缩液的pH至3.0-8.0； c将步骤b中制备的生物质悬浆或废水浓缩液加入紫外光催化反应器中，分别称取1-20g/L的紫外光催化剂及1-20g/L的吸波材料，加入生物质悬浆或废水浓缩液中；d再加入l-10g/L的氧化剂，并通入0.1-0.8MPa的压缩空气进行曝气搅拌；e紫外光催化反应器中装有2-12个无极紫外灯，微波频率为950-2450MHZ，微波的功率为400-800W，开启微波，催化预处理时间为0.5h-2h，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光、催化剂及氧化剂的协同作用下对生物质悬浆或废水中生物质实施催化预处理，生物质悬浆转化为还原糖及有机酸，废水中有机物部分矿化为二氧化碳和水，部分转化为可生化性较好的有机酸。2.根据权利要求1所述的一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，其特征在于，所述步骤a中混凝剂为硫酸铁、硫酸铜、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝中的一种或其混合物;吸附剂包括硅藻土、膨润土或活性炭。3.根据权利要求1所述的一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，其特征在于，所述步骤d中氧化剂包括双氧水、臭氧、ClO2中的一种或其混合物。4.根据权利要求1所述的一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，其特征在于，所述步骤c中吸波材料选用活性炭或铁氧体。5.根据权利要求1所述的一种难降解生物质的紫外光催化预处理方法，其特征在于，所述步骤e中无极紫外灯为填充Hg及Ar的无极紫外灯，无极紫外灯管材料为透明石英管，该无极紫外灯通过微波能激发产生紫外光。
【文档编号】C02F11/00GK105967474SQ201610437534
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】方许
【申请人】安徽新生力生物科技有限公司