CN105858859B - 一种垃圾渗滤液的催化氧化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液的催化氧化处理方法，是每100mL垃圾渗滤液中投加1～2g活性炭负载金属催化剂，加入3～4gNaS2O8，置于变频式微波反应器，在70～80℃条件下反应15～20min，再投加7～9mL的H2O2，继续反应20～25min。本发明对垃圾渗滤液的氧化效率高、COD去除效果好、处理时间短、无二次污染、易实施，而且对pH要求不高。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，特别涉及一种垃圾渗滤液的催化氧化处理方法。
背景技术
卫生填埋法具有成本低、技术成熟、管理方便等优势，广泛应用于垃圾处理，但垃圾填埋过程中产生污染性极强的垃圾渗滤液，威胁饮用水和工农业用水水源。目前，垃圾渗滤液的处理技术包括生物处理、物理处理、化学处理和土地处理。其中，生物处理法能耗低、运行费用低，且能有效地降解有机污染物，但不适合处理生化性能差的“老化”渗滤液。物理处理法主要有混凝、活性炭吸附、膜分离和离子交换法，但其耗能大，运行费用高。土地处理法通过土壤颗粒的过滤、离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮固体和溶解成分，通过土壤中微生物作用使渗滤液中的有机物和氮发生转化，该方法具有投资少、运行费用低的优势，但易受土地利用类型和气候条件的限制。
化学氧化法通过投加化学药剂使之与污染物发生氧化还原反应，有效降低难生物降解有机物的浓度和色度，提高垃圾渗滤液的可生物性。目前常用的氧化剂有臭氧、高锰酸盐、Fenton和过硫酸盐。其中，臭氧在水中的溶解度小、利用率低，且臭氧发生器效率低，能耗大、操作成本高，只适用于处理低浓度难降解废水。Fenton法存在H2O2利用率不高、铁离子循环率低、需要较强酸性环境(pH值在3.0左右)等缺点。高锰酸盐的色度较大、会影响水质，且在应用过程中需要消耗的量较大。过硫酸盐具有较好的水溶性、强氧化性、反应产物的友好性，但过硫酸盐常温下较稳定，氧化能力并不明显，只有利用光、热、碱、过渡金属、活性炭等方法活化后才能产生氧化性更强的硫酸根自由基以去除污染物。
中国发明专利“一种纳米材料非均相催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液的方法”(申请号201410489398.X)公开了一种纳米硫化铜催化臭氧氧化垃圾渗滤液的方法，该方法提高了渗滤液中难降解有机物的降解效能，但是该方法对pH值要求高(pH6-10)、COD去除率低(不到60％)，且在催化剂制备过程中多次使用有机溶剂。中国发明专利“一种基于改性气体扩散电极的光电芬顿氧化反应处理垃圾渗滤液的方法及装置”(申请号201510235743.1)采用光电芬顿氧化垃圾渗滤液，提高了对垃圾渗滤液的处理效果，但是该方法需实时调节体系pH值在酸性条件范围、反应时间长(至少3小时以上)、易产生铁泥、操作复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种工艺简单、氧化效率高、无二次污染的垃圾渗滤液的催化氧化处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种垃圾渗滤液的催化氧化处理方法，是通过采用活性炭负载钴铜金属作为催化剂，催化过氧化氢/过硫酸盐来处理垃圾渗滤液，包括下述步骤：
(1)活性炭负载金属催化剂的制备：在50～70℃下，将20～40目的活性炭置于0.5～2mol/L硝酸中浸泡6～8h，并用蒸馏水反复冲洗至pH值不再变化，烘干得到活化活性炭；然后将活化活性炭与钴铜混合溶液按质量体积比1g：(10～15)mL进行混合，在水浴60～80℃条件下快速搅拌4～6h后，于90～110℃条件下干燥8～12h；再置于马弗炉中，在温度为300～400℃的条件下煅烧2～3h，得到活性炭负载金属催化剂；
(2)垃圾渗滤液的催化氧化处理：每100mL垃圾渗滤液中投加1～2g活性炭负载金属催化剂，加入3～4g NaS2O8，置于变频式微波反应器，在70～80℃条件下反应15～20min，再投加7～9mL的H2O2，继续反应20～25min。
步骤1中，所述钴铜混合溶液的浓度为0.15～0.36mol/L Co2+/Cu2+，是采用Co(NO3)2和Cu(NO3)2混合制备得到，钴铜混合溶液中Co2+和Cu2+按照浓度比1：(0.42～1.5)(浓度单位为mol/L)进行等体积混合。
步骤2中，微波反应器为频率2450MHz、功率变频、可自动控温的带有闭路循环的微波反应器。
本发明的原理是：(1)在活化活性炭过程中，适当提高温度，加速氢离子与硝酸根离子在固液界面的移动，提高酸化的效率，同时加快含氧基团在活性炭表面的键和，在负载过程中，升高温度有利于提高金属离子与含氧基团的结合效率，避免长时间酸化对活性炭多孔结构的破坏。(2)利用微波热能和负载金属离子(Co2+、Cu2+)对过硫酸盐进行活化，产生具有强氧化性的过硫酸根自由基(SO4-·)，高效氧化废水中的有机物，同时活性炭对微波具有强吸收作用，并在其内部和表面形成高温“电弧”，将吸附的有机物进行高效热解，保证活性炭的吸附活性，在微波辐射条件下，负载了钴铜的活性炭可作为微波诱导氧化工艺的“敏化剂”，利用活性炭表面点位与微波能的强烈相互作用，将微波能转变为热能，选择性地升高某些表面点位的温度，作为活化过硫酸盐的能量，从而协同发挥微波、活性炭及过渡金属对过硫酸盐的活化作用，提高垃圾渗滤液的氧化处理效率及氧化剂利用率，加快化学反应速度。(3)微波、负载型活性炭与过硫酸盐处理垃圾渗滤液后使体系pH值降低，此时再投加过氧化氢，在弱酸性条件下与活性炭上负载的金属离子(Co2+、Cu2+)构成类Fenton氧化体系，在微波作用下促进羟基自由基的形成，进一步氧化过硫酸自由基难以降解的物质，羟基自由基与过硫酸自由基协同作用，减少了过氧化氢的损耗，提高了氧化剂的利用效率。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明的催化剂集污染物吸附、微波吸收与过硫酸盐/过氧化氢活化功能于一体，催化氧化方法无需调节pH值、氧化剂利用效率高、充分利用HO·和SO4-·的氧化特性，对不同污染物进行降解。
(2)本发明对垃圾渗滤液的氧化效率高、COD去除效果好、处理时间短、无二次污染、易实施，而且对pH要求不高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将40目的活性炭置于1mol/L硝酸溶液中，在60℃水浴中浸泡8h后，用蒸馏水清洗至pH值不再变化，于105℃下烘干；
(2)称取7.5g活化后的活性炭浸泡于100mL由浓度比为1:1.5的钴铜溶液进行等体积混合得到的溶液中(0.48mol/LCo(NO3)2+0.72mol/LCu(NO3)2)，在80℃水浴条件下快速机械搅拌4h后，于90℃下烘干；
(3)将负载了过渡金属的活性炭置于马弗炉中，于400℃下煅烧2h；
(4)取100mL垃圾渗滤液，加入1g负载型活性炭和4gNa2S2O8，放入带有循环微波反应管的变频式微波反应器，设定温度为70℃，持续反应20min后，加入7mL30％H2O2，继续反应25min；
(5)将氧化处理后的垃圾渗滤液静置1h，取其上清液测定CODcr、TOC。CODcr由8368mg/L下降到1973mg/L，去除率为76.4％，TOC浓度由5406mg/L下降到1486，去除率为72.5％。
实施例2
(1)将20目的活性炭置于2mol/L硝酸溶液中，在50℃水浴中浸泡8h后，用蒸馏水清洗至pH值不再变化，于105℃下烘干；
(2)称取7.5g活化后的活性炭浸渍于75mL由浓度比为1:0.42的钴铜溶液进行等体积混合得到的溶液中(0.72mol/LCo(NO3)2+0.3mol/LCu(NO3)2)，在60℃水浴条件下快速机械搅拌6h后，于105℃下烘干；
(3)将负载了过渡金属的活性炭置于马弗炉中，于300℃下煅烧3h；
(4)取100mL垃圾渗滤液，加入1g负载型活性炭和3gNa2S2O8，放入带有循环微波反应管的变频式微波反应器，设定温度为80℃，持续反应15min后，加入9mL30％H2O2，继续反应20min；
(5)将氧化处理后的垃圾渗滤液静置1h。取上清液测定其CODcr、TOC。CODcr由8368mg/L下降到2368mg/L，去除率为71.7％，TOC浓度由5406mg/L下降到1493mg/L，去除率为72.4％。
实施例3
(1)将30目的活性炭置于1mol/L硝酸溶液中，在70℃水浴中浸泡6h后，用蒸馏水清洗至pH值不再变化，于105℃下烘干；
(2)称取7.5g活化后的活性炭浸渍于112.5mL由浓度比为1:1的钴铜溶液进行等体积混合得到的溶液中(0.6mol/LCo(NO3)2+0.6mol/LCu(NO3)2)，在80℃水浴条件下快速机械搅拌4h后，于110℃下烘干；
(3)将负载了过渡金属的活性炭置于马弗炉中，于400℃下煅烧2h；
(4)取100mL垃圾渗滤液，加入2g负载型活性炭和4gNa2S2O8，放入带有循环微波反应管的变频式微波反应器，设定温度为70℃，持续反应20min后，加入8mL30％H2O2，继续反应20min；
(5)将氧化处理后的垃圾渗滤液，静置30min。取上清液测定其CODcr、TOC。CODcr由8368mg/L下降到2192mg/L，去除率为73.8％，TOC浓度由5406mg/L下降到1585mg/L，去除率为70.7％。
实施例4
(1)将40目的活性炭置于0.5ml/L硝酸溶液中，在60℃水浴中浸泡8h后，用蒸馏水清洗至pH值不再变化，于105℃下烘干；
(2)称取7.5g活化后的活性炭浸渍于100mL由浓度比为1:1.5的钴铜溶液进行等体积混合得到的溶液中(0.48mol/LCo(NO3)2+0.72mol/LCu(NO3)2)，在70℃水浴条件下快速机械搅拌5h后，于105℃下干燥；
(3)将负载了过渡金属的活性炭置于马弗炉中，于300℃下煅烧3h；
(4)取100mL垃圾渗滤液，加入2g负载型活性炭和3.5gNa2S2O8，放入带有循环微波反应管的变频式微波反应器，设定温度为80℃，持续反应15min，加入8mL30％H2O2，继续反应25min；
(5)将氧化处理后的垃圾渗滤液，静置1h。取上清液测定其CODcr、TOC。CODcr由8368mg/L下降到1808mg/L，去除率为78.4％，TOC浓度由5406mg/L下降到1373mg/L，去除率为74.6％。
Claims (3)
1.一种垃圾渗滤液的催化氧化处理方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)活性炭负载金属催化剂的制备：在50～70℃下，将20～40目的活性炭置于0.5～2mol/L硝酸中浸泡6～8h，并用蒸馏水反复冲洗至pH值不再变化，烘干得到活化活性炭；然后将活化活性炭与钴铜混合溶液按质量体积比1g：(10～15)mL进行混合，在水浴60～80℃条件下快速搅拌4～6h后，于90～110℃条件下干燥8～12h；再置于马弗炉中，在温度为300～400℃的条件下煅烧2～3h，得到活性炭负载金属催化剂；
(2)垃圾渗滤液的催化氧化处理：每100mL垃圾渗滤液中投加1～2g活性炭负载金属催化剂，加入3～4g的NaS2O8，置于变频式微波反应器，在70～80℃条件下反应15～20min，再投加7～9mL的H2O2，继续反应20～25min。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液的催化氧化处理方法，其特征在于：步骤1中，所述钴铜混合溶液的浓度是0.15～0.36mol/L Co2+/Cu2+，是采用Co(NO3)2和Cu(NO3)2混合制备得到，钴铜混合溶液中Co2+和Cu2+按照浓度比1：(0.42～1.5)进行等体积混合。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液的催化氧化处理方法，其特征在于：步骤2中，微波反应器为频率2450MHz、功率变频、可自动控温的带有闭路循环的微波反应器。
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