CN104525104A

CN104525104A - 一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法

Info

Publication number: CN104525104A
Application number: CN201410744009.3A
Authority: CN
Inventors: 阳艾利; 黄国和; 傅海燕; 赵珊; 杨琦; 刘建福
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开了一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，属于水处理技术领域。该方法在垃圾渗滤液中加入在0.1~2mol/L盐酸条件下经微波技术改性后的硅藻土，经过在20~30℃条件下，pH为2~8条件下反应22~35小时，可有效去除垃圾渗滤液中的重金属，重金属的去除率可达80%。该方法简便，改性硅藻土制取方便，价廉，对传统的重金属去除方法有较大优势，适用性强，性价比高。

Description

一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种利用微波改性的硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们产生的垃圾也日益增多，大量的垃圾填埋场在全国各地兴建。大量的垃圾填埋场的使用，生产了大量的垃圾渗滤液。因此，垃圾渗滤液的处理需要不断的资金和技术投入，才能使其对周边环境和水体不造成影响。

垃圾渗滤液因其污染物多且难以去除，成为近几年的研究的热门领域。城市生活垃圾填埋场渗滤液（以下简称渗滤液）是一种高浓度有机废水，NH⁺⁴ -N含量高，而且含有多种重金属离子。渗滤液中含有十多种重金属离子，主要包括Fe、Zn、Cd、Cr、Hg、Mn、Pb、Ni等。垃圾降解产生的CO₂溶于渗滤液后，使渗滤液成偏酸性，酸性环境溶解了不溶于水的重金属，从而使渗滤液中重金属离子浓度变高（文献1：郭兆凯：测定垃圾渗滤液中重金属前处理方法研究，苏州科技学院硕士学位论文，2009）。目前常用的垃圾渗滤液重金属的处理方法主要有吸附法、化学沉淀法、化学氧化和催化氧化法等。吸附法主要是利用吸附能力强的吸附剂来治理重金属污染。目前常用的吸附剂有沸石、活性炭、粉煤灰、石灰、炉渣等（文献2：刘精今，李小明等：炉渣的吸附性能及废水处理中的应用，工业用水与废水，2003）。沸石是一种具有良好吸附性能的物质，常用作吸附饮用水中的有机物、海水提钾的分子筛、去除NH₄ ⁺的吸附剂等。在吸附剂方面，活性炭能有效去除污水中大部分有机物质和某些无机物，被广泛应用于城市饮用水和工业废水处理。硅藻土是一种多孔性生物硅质岩。它的主要化学成分是无定型Si0₂，并含有少量的A1₂0₃、Fe₂0₃、CaO和有机质等。硅藻土由硅藻壁壳组成，壁壳上有多级、大量、有序排列的微孔。为更好地开发和利用低品位硅藻土，赵芳玉等采用静态吸附实验研究了低品位硅藻土吸附四种重会属离子（Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺）的动力学规律，用伪一阶、伪二阶模型及粒内扩散模型（Weber和Morris模型）对其吸附过程进行拟合，结果表明，硅藻土对四种重金属离子的吸附均符合伪二阶动力学模型。同时，实验也研究了硅藻土吸附Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺的热力学，并分别用Langmuir、Freundlieh和Dubinin．Radushkevich（D．R）方程进行拟合。结果表明，Freundlich和D．R方程都能很好地描述硅藻土对Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺的吸附热力学（文献3：赵芳玉、薛洪海等：低品位硅藻土吸附重金属的研究，生态环境学报，2010）。由于天然硅藻土含有杂质和理化构造缺陷而存在吸附能力一般，可操作性差等不足，使硅藻土在含重金属离子废水处理应用中具有一定局限性。针对上述问题，朱健围绕硅藻土开展了吸附、改性、成形及应用等系列研究（文献3：朱健：应用硅藻土处理含重金属离子废水相关理论基础及关键技术研究，中南林业科技大学博士论文，2013）。硅藻土的吸附能力较出众，在相关的实际运用和专利中也有涉及。中国专利申请号201310723085.1公开了公开了一种快速净化海水养殖水体的硅藻土净水剂，其技术方案的要点是快速海水养殖净水剂主要由食品级硅藻土和稻壳组成。经过微切助粉碎、浸泡搅拌、挤压烘干、筛分包装为成品。在吸附净水过程中，通过微切助技术增加硅藻土微孔孔道和比表面积，吸附去除颗粒态和胶体态的污染物质，还能有效地降低水体浊度和去除水体富营养化的主要污染物磷与氨氮等有害物质。中国专利申请号201410089428.8公开了一种可回收重金属离子的硅藻土-镍渣复合吸附材料及其制备。复合吸附材料的原料来自于冶炼镍铁合金产生的废弃物镍渣和硅藻土、石灰石；其制备方法为：以冶炼镍铁合金产生的废弃物镍渣和硅藻土、石灰石为原料，经原料混合、压制成型、高温反应后，制得可回收重金属离子的硅藻土-镍渣复合吸附材料。经本申请制备的材料具备比表面积大、除重金属离子效率高、不易破损等优点，不仅解决了冶炼镍铁合金过程中产生的废弃物镍渣对环境的严重污染，又节约了生产成本，经济效益显著，具有推广应用价值。

尽管国内外出现了硅藻土和改性硅藻土对水体的污染物吸附的研究，但是通过微波改性硅藻土对垃圾渗滤液重金属吸附研究甚少。本案发明人正是从此点出发，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用微波改性硅藻土去除渗滤液重金属方法，该方法能有效去除垃圾渗滤液中的重金属，吸附后的水体中的重金属浓度能满足排放标准，这一修复技术的运用，能有效推动我国垃圾渗滤液的处理行业。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，包括如下步骤：

（1）将硅藻土浸入盐酸和去离子水中，放入微波环境下进行微波改性，设置一定功率反应；

（2）将步骤（1）所得混合液静止沉淀倒出上清液，过滤获得经微波改性后的硅藻土；

（3）将步骤（2）滤出的固体置于烘箱中烘干，将烘干的固体在恒温条件下活化；

（4）将将步骤（3）得到的土样，放入研钵中捣匀，并过筛处理；

（5）将微波改性改性后的硅藻土加入欲去除重金属的垃圾渗滤液中，充分接触反应，接触反应后，离心分离，上清液流出，上清液即去除重金属后的垃圾渗滤液。

优选地，所述步骤（1）中，硅藻土与混合液的比例为质量比1:3~10，盐酸浓度为0.1~2 mol/L，所述混合液为盐酸和去离子水的混合液。

优选地，所述步骤（1）中，微波的功率在300~1000W，反应时间为3~10min。

优选地，所述步骤（3）中，烘箱烘干土样的温度为60~85℃，固体土样活化温度为90~115℃，活化时间为0.5~3h。

优选地，所述步骤（5）中，微波改性后硅藻土与垃圾渗滤液的质量比为1:80~5000，垃圾渗滤液的温度控制在20~30℃，pH为2~8。

优选地，所述步骤（5）中，接触反应时进行搅拌，搅拌转速为50~400rpm，反应时间为22~35h，离心分离速度为3500~5500 rpm，分离时间为22~35min。

优选地，所述步骤（4）中，研钵后过筛100目。

采用上述方案后，本发明所述方法较传统吸附方法更高效。与传统的生物处理方法相比，对垃圾渗滤液中的重金属进行吸附，改性硅藻土制取方便，价廉，对传统的重金属去除方法有较大优势，适用性强，性价比高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：

首先将硅藻土20 g置于250 ml的锥形瓶中，加入20 ml 1 mol/L的盐酸，和80 ml去离子水，放入微波炉中，设置微波强度为500 W，时间为5 min。

将得到的混合液静止沉淀倒出上清液。滤出的固体置于80℃的烘箱中烘干。并将烘干的固体在100℃下活化1小时。烘干土样，放入研钵中捣匀，然后过100目筛。即得微波改性好的硅藻土。

取25 ml的玻璃管，在管中放入0.1 g的改性硅藻土。倒入10 ml从垃圾填埋场收集的渗滤液。垃圾渗滤液污染物浓度为Mn 40.21mg/L，Zn 2.12 mg/L，Pb 0.23 mg/L，Cd 0.19 mg/L，Cr 0.32 mg/L，Ni 2.24 mg/L。之后用橡胶塞密封。将玻璃管置于25℃的培养箱中，200 rpm的转速反应24小时。之后将玻璃管取出，在离心机中离心30 min（4500 rpm）。垃圾渗滤液的锰、锌、铅、镉、铬等重金属去除率达到75%。

实施例2：首先将硅藻土20 g置于250 ml的锥形瓶中，加入20 ml 1 mol/L的盐酸，和80 ml去离子水，放入微波炉中，设置微波强度为500 W，时间为5 min。

将得到的混合液静止沉淀倒出上清液，滤出的固体置于80℃的烘箱中烘干。并将烘干的固体在100℃下活化1小时。烘干土样，放入研钵中捣匀，然后过100目筛。即得微波改性好的硅藻土。

取25 ml的玻璃管，在管中放入0.2 g的改性硅藻土。倒入10 ml从垃圾填埋场收集的渗滤液。垃圾渗滤液污染物浓度为Mn 40.21mg/L，Zn 2.12 mg/L，Pb 0.23 mg/L，Cd 0.19 mg/L，Cr 0.32 mg/L，Ni 2.24 mg/L。之后用橡胶塞密封。将玻璃管置于25℃的培养箱中，200 rpm的转速反应24小时。之后将玻璃管取出，在离心机中离心30 min（4500 rpm）。垃圾渗滤液的锰、锌、铅、镉、铬等重金属去除率达到85%。与实施例1相比，增加硅藻土的投加量有助于对重金属的去除。

实施例3：首先将硅藻土15 g置于250 ml的锥形瓶中，加入20 ml 1 mol/L的盐酸，和80 ml去离子水，放入微波炉中，设置微波强度为500 W，时间为5 min。

取25 ml的玻璃管，在管中放入0.1g的改性硅藻土。倒入10 ml从垃圾填埋场收集的渗滤液。垃圾渗滤液污染物浓度为Mn 40.21mg/L，Zn 2.12 mg/L，Pb 0.23 mg/L，Cd 0.19 mg/L，Cr 0.32 mg/L，Ni 2.24 mg/L。之后用橡胶塞密封。将玻璃管置于25℃的培养箱中，200 rpm的转速反应24小时。之后将玻璃管取出，在离心机中离心30 min（4500 rpm）。垃圾渗滤液的锰、锌、铅、镉、铬等重金属去除率达到80%。与实施例1相比，硅藻土与盐酸和去离子水的混合质量比越低，其改性硅藻土的吸附性能越高，进而大大提高对重金属的去除率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims

1.一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于采用如下步骤：

（5）将步骤4得到的微波改性改性后的硅藻土加入欲去除重金属的垃圾渗滤液中，充分接触反应，接触反应后，离心分离，上清液流出，上清液即去除重金属后的垃圾渗滤液。

2.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，硅藻土与混合液的比例为质量比1:3~10，盐酸浓度为0.1~2 mol/L，所述混合液为盐酸和去离子水的混合液。

3.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，微波的功率在300~1000W，反应时间为3~10min。

4.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，烘箱烘干土样的温度为60~85℃，固体土样活化温度为90~115℃，活化时间为0.5~3h。

5.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，微波改性后硅藻土与垃圾渗滤液的质量比为1:80~5000，垃圾渗滤液的温度控制在20~30℃，pH为2~8。

6.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，接触反应时进行搅拌，搅拌转速为50~400 rpm，反应时间为22~35h，离心分离速度为3500~5500 rpm，分离时间为22~35min。

7.根据权利要求1所述的一种利用微波改性硅藻土去除垃圾渗滤液中重金属的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，研钵后过筛100目。