CN103288167B - 有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0~6.0的垃圾渗滤液中进行反应,有机膨润土的投加量为2g/L~10g/L,TiO2的投加量为0.5g/L~5g/L,向反应液内提供紫外光源并进行曝气,反应完成后将所得反应产物进行沉淀,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液。本发明的方法简单易行,处理效果好、效率高、成本低廉、二次污染小。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾渗滤液的预处理方法和矿物材料在环保领域的应用,尤其涉及一种结合吸附法和高级氧化法来预处理垃圾渗滤液的方法。
背景技术
目前,卫生填埋法是国内外普遍采用的一种生活垃圾处理方法,但在垃圾填埋过程中产生的垃圾渗滤液是一个棘手的问题。垃圾渗滤液成分复杂,有机物浓度和氨氮浓度高,营养元素比例失衡,可生化性差,水质、水量波动大,若得不到及时有效地处理,容易引起地下水、土壤等二次污染,对整个生态系统和人类健康造成严重威胁。
随着垃圾渗滤液危害的日益显现,越来越多的处理方法和相关工艺得到广泛地发展。目前普遍采用预处理、生物处理和深度处理的工艺流程。
预处理工艺主要目的是降低垃圾渗滤液中氨氮含量,提高可生化性,减轻后续处理工艺的压力。一般采用物化法,具体包括吸附法、絮凝沉淀法、吹脱法、微波法、高级氧化法等。特点在于处理后的出水水质较稳定,对可生化性差的垃圾渗滤液(B/C值<0.25)处理效果明显。
生物处理工艺的对象是垃圾渗滤液中的有机物和氮、磷等,包括厌氧生物处理法和好氧生物处理法。成熟的厌氧生物处理工艺有厌氧滤池、升流式厌氧污泥床、高效厌氧反应器等,好氧生物处理工艺有活性污泥法、生物转盘、氧化塘等。其特点在于操作简单、运行成本低,对于可生化性较好的垃圾渗滤液(B/C值>0.25)处理效果较好,但对于可生化性差的老龄垃圾渗滤液几乎没有处理效果。
深度处理工艺主要是针对垃圾渗滤液中的悬浮物、溶解物和胶体,常见的有土地法及膜处理技术等。土地法主要包括人工湿地法和回灌法,其特点在于施工简单,能耗低,且具有生态效益和经济效益。膜处理技术主要包括纳滤、反渗透等。优点是出水水质好且稳定,无细菌和固形物,反应器耐冲击负荷,剩余污泥量小。缺点是膜组件易堵塞,须定期维护清洗甚至更换,且产生的浓缩液很难处理。
近几年,在实际运用多种膜处理技术时发现,若没有经合适的预处理,将容易损坏处理设备,缩短膜更换周期,提高运行成本。因而对垃圾渗滤液进行合适、高效的预处理,是必要的。物化法不受水质水量变动的影响,常用于垃圾渗滤液的预处理。吸附法是利用材料表面的物化性质使污染物集聚于自身表面,具有操作简单、成本低廉的优点。目前有不少单纯依靠膨润土或改性膨润土为吸附剂,应用于垃圾渗滤液处理的研究,但普遍存在污染物去除效率不高的问题。高级氧化方法是利用氢氧自由基的强氧化性实现污染物的降解,具有脱色除臭、高效彻底的优点。光催化技术作为近些年兴起的一种高级氧化技术,广泛应用于各种废水的处理,由于其高效稳定、无二次污染,因而被视为最有前景的技术之一。将改性膨润土和光催化技术结合应用于垃圾渗滤液的预处理,可以达到经济、高效的处理效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种操作简便、运行稳定、处理效果好且成本投入低的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0~6.0的垃圾渗滤液中进行反应,有机膨润土在垃圾渗滤液中的投加量为2g/L~10g/L,TiO2在垃圾渗滤液中的投加量为0.5g/L~5g/L,反应过程中向反应液内提供紫外光源并进行曝气(反应一般在常温常压下进行),反应完成后对所得反应产物进行沉淀,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,所述预处理液进入后续渗滤液处理系统。
上述的方法中,所述反应时间优选2h~3h。
上述的方法中,所述有机膨润土主要由以下方法制备得到:
(1)将原膨润土加入盐酸与硫酸组成的混酸溶液中,原膨润土与混酸溶液的质量/体积比为1∶6~10(单位为:g/ml),充分搅拌后,得到膨润土混酸溶液;
(2)将质量比为25~30∶9~12∶1的十六烷基三甲基溴化铵、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺加入膨润土混酸溶液中,其中十六烷基三甲基溴化铵与步骤(1)中原膨润土的质量比为1∶25~40,将所得混合液于60℃~80℃的温度下反应4h~5h,将所得产物进行压滤,得到压滤沉淀物与压滤液,用AgNO3溶液对压滤液进行检测(主要检测压滤液中有无Br-和/或Cl-),若压滤液中产生沉淀,则将压滤沉淀物用蒸馏水洗涤后再进行压滤,直至检测到压滤液中无沉淀为止,将最终压滤沉淀物烘干并于90℃~110℃下活化1h~2h,得到有机膨润土。
上述的方法中,优选的,所述垃圾渗滤液的pH值由酸液或碱液进行调节,一般选用H2SO4溶液调节。
上述的方法中,所述紫外光源的主波长优选365nm。
上述的方法中,所述曝气是指通过曝气系统向反应液内提供空气,曝气系统提供的曝气量优选0.4L/min~0.6L/min。
上述的方法中,所述沉淀时间优选0.5h~1.0h。
上述的方法中,所述沉淀物经清洗(一般清洗2~3次)后得到有机膨润土与TiO2的混合物,混合物可返至反应器中继续反应,混合物优选循环使用2~3次后进行卫生填埋,清洗的主要目的是去除有机膨润土与TiO2表面附着的污染物质,从而恢复其表面的有效活性部位,清洗有机膨润土与TiO2的洗液可以返至垃圾渗滤液中继续参与反应。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的方法中利用了紫外光源与曝气系统,大幅度降低了垃圾渗滤液中有机污染物和氨氮的含量,减轻了后续处理系统的压力;在反应液中使用紫外光源的照射可以促使光催化反应的顺利进行,此外,还可以对垃圾渗滤液进行杀菌消毒、降低臭味。对反应液进行曝气可以使得反应液内的有机膨润土和TiO2处于悬浮状态,更充分的与污染物接触,有利于对污染物的吸附及反应的顺利进行。
(2)本发明将光催化作用与吸附作用相结合,对垃圾渗滤液的处理效果明显提高,化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)的最高去除率分别可达93%和60%,明显优于单纯依靠有机膨润土吸附或TiO2光催化的处理效果。
(3)本发明的方法可以处理不同填埋龄的垃圾渗滤液,并且随着填埋龄的增长,对垃圾渗滤液的处理能力也愈加明显。
(4)本发明操作简单、管理方便、效果稳定,由于所需反应器少,在工程应用时可以减少构筑物的基建成本;本发明使用的改性有机膨润土价格低廉,与TiO2联合处理垃圾渗滤液时可以重复利用2~3次,降低了运行成本。
(5)本发明的方法二次污染小,最终排出处理系统的废弃物量少。
附图说明
图1为本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法的基本原理示意图。
图2为本发明实施例中有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法的技术路线图。
图3为本发明实施例中制备有机膨润土的技术路线图。
图例说明:
1、浸没式紫外灯;2、进水泵;3、出水泵;4、微孔曝气盘;5、转子流量计;6、空气泵;7、污泥阀。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1:
一种如图1、2所示的本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:
(1)有机膨润土的制备(技术路线参见图3)
(1.1)将20ml质量分数为36.5%的盐酸溶液与30ml质量分数为98%的浓硫酸先后缓慢地加入750ml蒸馏水中,搅拌均匀后冷却至室温,得到混酸溶液(溶液a);
(1.2)将100g原膨润土加入800ml混酸溶液中(混酸酸洗),用磁力搅拌器在室温下搅拌5h,转速为1200r/min,得到膨润土混酸溶液(溶液b);
(1.3)将2.5g十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、1.0g聚合氯化铝(PAC)和0.1g聚丙烯酰胺(PAM)加入步骤(1.2)得到的膨润土混酸溶液中,用磁力搅拌器在60℃的温度下搅拌5h,转速为1200r/min,得到溶液c;
(1.4)将溶液c用不锈钢压滤器进行压滤,得到初始压滤沉淀物与压滤液,将初始压滤沉淀物用蒸馏水洗涤后再进行压滤,如此反复4次,直至用AgNO3检测到压滤液中无沉淀为止,得到最终压滤沉淀物;
(1.5)将最终压滤沉淀物放置于烘箱中,在90℃的温度下烘干4h,然后在110℃的温度下活化1h,得到沉淀物,将沉淀物研磨至细粉状,即得到有机膨润土,命名为CTMAB 2.5。
(2)垃圾渗滤液的预处理(参见图1和图2)
(2.1)将1L垃圾渗滤液通过进水泵2加入反应器中,用浓度为6mol/L的H2SO4溶液调节垃圾渗滤液的pH值至4.0;
(2.2)向反应器内投加TiO2与上述制备的有机膨润土(CTMAB 2.5),每升垃圾渗滤液中投加2g有机膨润土和5gTiO2,然后启动空气泵6并打开主波长为365nm的浸没式紫外灯1(光催化反应),微孔曝气盘4开始曝气,通过转子流量计5控制空气泵6的曝气量为0.4L/min,反应进行3h后,关闭空气泵6和浸没式紫外灯1;
(2.3)将步骤(2.2)得到的反应产物沉淀1.0h,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,该预处理液通过出水泵3进入后续垃圾渗滤液处理系统;
(2.4)打开污泥阀7,排出步骤(2.3)得到的沉淀物,用适量清水将该沉淀物冲洗3次,去除有机膨润土和TiO2表面附着的污染物质,得到有机膨润土和TiO2的混合物,将有机膨润土和TiO2的混合物返回至步骤(2.2)中重新投入反应器内进行反应,循环次数为3次,循环完成后可以就地掩埋于垃圾填埋场,清洗后的洗液可加入垃圾渗滤液中继续处理。
本实施例中,处理前垃圾渗滤液中的化学需氧量(COD)和氨氮分别是15000mg/L和1500mg/L,处理后COD和氨氮分别为1802mg/L和694mg/L,其去除率分别为88%和54%。
实施例2:
一种如图1、2所示的本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:
(1)有机膨润土的制备:同实施例1的步骤(1)。
(2)垃圾渗滤液的预处理(参见图1和图2)
(2.1)将1L垃圾渗滤液通过进水泵2加入反应器中,用浓度为6mol/L的H2SO4溶液调节垃圾渗滤液的pH值至5.0;
(2.2)向反应器内投加TiO2与上述制备的有机膨润土(CTMAB 2.5),每升垃圾渗滤液中投加4g有机膨润土和3gTiO2,然后启动空气泵6并打开主波长为365nm的浸没式紫外灯1(光催化反应),微孔曝气盘4开始曝气,通过转子流量计5控制空气泵6的曝气量为0.4L/min,反应进行2.5h后,关闭空气泵6和浸没式紫外灯1;
(2.3)将步骤(2.2)得到的反应产物沉淀1.0h,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,该预处理液通过出水泵3进入后续垃圾渗滤液处理系统;
(2.4)打开污泥阀7,排出步骤(2.3)得到的沉淀物,用适量清水将该沉淀物冲洗3次,得到有机膨润土和TiO2的混合物,将有机膨润土和TiO2的混合物返回至步骤(2.2)中重新投入反应器内进行反应,循环次数为3次,循环完成后可以就地掩埋于垃圾填埋场,清洗后的洗液可加入垃圾渗滤液中继续处理。
本实施例中,处理前垃圾渗滤液中的COD和氨氮分别是15000mg/L和1500mg/L,处理后COD和氨氮分别为1351mg/L和642mg/L,其去除率分别为91%和57%。
实施例3:
一种如图1、2所示的本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:
(1)有机膨润土的制备:同实施例1的步骤(1)。
(2)垃圾渗滤液的预处理(参见图1和图2)
(2.1)将1L垃圾渗滤液通过进水泵2加入反应器中,用浓度为6mol/L的H2SO4溶液调节垃圾渗滤液的pH值至5.0;
(2.2)向反应器内投加TiO2与有机膨润土CTMAB 2.5,每升垃圾渗滤液中投加6g有机膨润土和3gTiO2,然后启动空气泵6并打开主波长为365nm的浸没式紫外灯1(光催化反应),微孔曝气盘4开始曝气,通过转子流量计5控制空气泵6的曝气量为0.4L/min,反应进行2.5h后,关闭空气泵6和浸没式紫外灯1;
(2.3)将步骤(2.2)得到的反应产物沉淀1.0h,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,该预处理液通过出水泵3进入后续垃圾渗滤液处理系统;
(2.4)打开污泥阀7,排出步骤(2.3)得到的沉淀物,用适量清水将该沉淀物冲洗3次,得到有机膨润土和TiO2的混合物,将有机膨润土和TiO2的混合物返回至步骤(2.2)中重新投入反应器内进行反应,循环次数为3次,循环完成后可以就地掩埋于垃圾填埋场,清洗后的洗液可加入垃圾渗滤液中继续处理。
本实施例中,处理前垃圾渗滤液中的COD和氨氮分别是15000mg/L和1500mg/L,处理后COD和氨氮分别为1049mg/L和601mg/L,其去除率分别为93%和60%。
实施例4:
一种如图1、2所示的本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:
(1)有机膨润土的制备:同实施例1的步骤(1)。
(2)垃圾渗滤液的预处理(参见图1和图2)
(2.1)将1L垃圾渗滤液通过进水泵2加入反应器中,用浓度为6mol/L的H2SO4溶液调节垃圾渗滤液的pH值至6.0;
(2.2)向反应器内投加TiO2与有机膨润土CTMAB 2.5,每升垃圾渗滤液中投加8g有机膨润土和3g TiO2,然后启动空气泵6并打开主波长为365nm的浸没式紫外灯1(光催化反应)和微孔曝气盘4开始曝气,通过转子流量计5控制空气泵6的曝气量为0.4L/min,反应进行2h后,关闭空气泵6和浸没式紫外灯1;
(2.3)将步骤(2.2)得到的反应产物沉淀1.0h,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,该预处理液通过出水泵3进入后续垃圾渗滤液处理系统;
(2.4)打开污泥阀7,排出步骤(2.3)得到的沉淀物,用适量清水将该沉淀物冲洗3次,得到有机膨润土和TiO2的混合物,将有机膨润土和TiO2的混合物返回至步骤(2.2)中重新投入反应器内进行反应,循环次数为3次,循环完成后可以就地掩埋于垃圾填埋场,清洗后的洗液可加入垃圾渗滤液中继续处理。
本实施例中,处理前垃圾渗滤液中的COD和氨氮分别是15000mg/L和1500mg/L,处理后COD和氨氮分别为1953mg/L和599mg/L,其去除率分别为87%和60%。
实施例5:
一种如图1、2所示的本发明的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:
(1)有机膨润土的制备:同实施例1的步骤(1)。
(2)垃圾渗滤液的预处理(参见图1和图2)
(2.1)将1L垃圾渗滤液通过进水泵2加入反应器中,用浓度为6mol/L的H2SO4溶液调节垃圾渗滤液的pH值至4.0;
(2.2)向反应器内投加TiO2与有机膨润土CTMAB 2.5,每升垃圾渗滤液中投加10g有机膨润土和3gTiO2,然后启动空气泵6并打开主波长为365nm的浸没式紫外灯1(光催化反应),微孔曝气盘4开始曝气,通过转子流量计5控制空气泵6的曝气量为0.4L/min,反应进行2h后,关闭空气泵6和浸没式紫外灯1;
(2.3)将步骤(2.2)得到的反应产物沉淀1.0h,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液,该预处理液通过出水泵3进入后续垃圾渗滤液处理系统;
(2.4)打开污泥阀7,排出步骤(2.3)得到的沉淀物,用适量清水将该沉淀物冲洗3次,得到有机膨润土和TiO2的混合物,将有机膨润土和TiO2的混合物返回至步骤(2.2)中重新投入反应器内进行反应,循环次数为3次,循环完成后可以就地掩埋于垃圾填埋场,清洗后的洗液可加入垃圾渗滤液中继续处理。
本实施例中,处理前垃圾渗滤液中的COD和氨氮分别是15000mg/L和1500mg/L,处理后COD和氨氮分别为2254mg/L和633mg/L,其去除率分别为85%和58%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,包括以下步骤:将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0~6.0的垃圾渗滤液中进行反应,有机膨润土的投加量为2g/L~10g/L,TiO2的投加量为0.5g/L~5g/L,向反应液内提供紫外光源并进行曝气,反应完成后将所得反应产物进行沉淀,得到上清液和沉淀物,所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液;所述有机膨润土主要由以下方法制备得到:
(1)将原膨润土加入盐酸与硫酸组成的混酸溶液中,原膨润土与混酸溶液的质量/体积比为1∶6~10,充分搅拌后,得到膨润土混酸溶液;
(2)将质量比为25~30∶9~12∶1的十六烷基三甲基溴化铵、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺加入膨润土混酸溶液中,其中十六烷基三甲基溴化铵与步骤(1)中原膨润土的质量比为1∶25~40,将所得混合液于60℃~80℃的温度下反应4h~5h,对所得产物进行压滤,得到压滤沉淀物与压滤液,用AgNO3溶液对压滤液进行检测,若压滤液中产生沉淀,则将压滤沉淀物用蒸馏水洗涤后再进行压滤,直至检测到压滤液中无沉淀为止,将最终压滤沉淀物烘干并于90℃~110℃下活化1h~2h,得到有机膨润土。
2.根据权利要求1所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述反应时间为2h~3h。
3.根据权利要求1或2所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述垃圾渗滤液的pH值通过酸液或碱液进行调节。
4.根据权利要求1或2所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述紫外光源的主波长为365nm。
5.根据权利要求1或2所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述曝气是指通过曝气系统向反应液内提供空气,曝气量为0.4L/min~0.6L/min。
6.根据权利要求1或2所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述沉淀时间为0.5h~1.0h。
7.根据权利要求1或2所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法,其特征在于,所述沉淀物经清洗后得到有机膨润土与TiO2的混合物,所述混合物循环使用2~3次后进行卫生填埋。
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