CN109988911B - 一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，包括如下步骤：将固含量为30％～40％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在80～90℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。本发明不仅方法简单、操作可行，还能够实现废物资源的循环再利用，实现废弃物的二次经济价值，对能源的可持续发展利用具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺。
背景技术
新世纪以来，随着中国经济的快速发展，我国工业水平和人民的生活水平得到巨大的提升。人民日常生活垃圾和工业垃圾因此也得到快速增长，导致废弃物的种类和数量都越来越多。因此，对垃圾进行一个有效的处理显得至关重要。根据我国环保部《2015年环境统计年报》，2015年，全国共有生活垃圾处理厂(场)2315座，全年共处理生活垃圾2.48亿吨，垃圾主要处理方法是填埋、堆肥以及焚烧。其中采用填埋方式处置的生活垃圾1.78亿吨，采用堆肥方式处置0.04亿吨，焚烧方式处理垃圾规模达到0.66亿吨。70％以上的生活垃圾依然采用卫生填埋法处理，城市生活垃圾的卫生填埋处理方式仍是我国生活垃圾主要处置方法。
然而，尽管填埋法是垃圾处理应用最广泛的处置方法，但是本身也存在比较明显的缺点。一方面，在垃圾填埋的过程中将会产生令人难以忍受的恶臭气味，影响周边空气质量；另一方面，垃圾填埋会产生大量的渗滤液。渗滤液成分复杂，含有较多有害物质，若不经过妥善处理，会对周边大气、土壤和水体环境产生极大的影响，甚至污染地下水，产生严重的后果。
生物法因具有运行费用低、处理效率较高的优点而在国内外被广泛采用。然而，随着垃圾填埋场运行时间的增加,渗滤液的C、N、P营养比例失调，可生化性越来越差，使得原有的生化工艺处理效果越来越差，生化出水中仍然含有较高浓度的污染物质，远远达不到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB-16889-2008)》对各项水质指标的标准，需进一步处理。
生活垃圾在卫生填埋过程中，由于自然降水和生活垃圾中水分自然渗出，在覆土层形成一种高浓度、成分复杂、有毒性的有机废水即为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的来源主要包括下面几个方面：(1)天然降水，降雪等；(2)地表水的流入和流出；(3)填埋垃圾本身含有的水分；(4)垃圾中有机物生物降解以及物理化学反应产生的水分；(5)地下水的上渗。
垃圾渗滤液的水质成分复杂，且难降解有机物的含量高、种类多。同时含有一些无机盐及重金属离子。垃圾渗滤液的特点主要包括：(1)水质成分复杂：由于填埋垃圾种类的不同，渗滤液水质的水质也有些异同，随着生活水平的提高，垃圾的种类越来越多，渗滤液水质成分也呈现出逐渐变得复杂、高浓度的变化趋势。(2)水量和水质波动大：垃圾渗滤液主要的产生来源为降水量和自身含有的水分。在丰水季节，随着水量增多，渗滤液水质逐渐变好；在干旱季节，填埋垃圾产生的渗滤液相对较少。但是不管在什么季节，水质各项污染指标依然较高。(3)氨氮含量高：经相关专家对于渗滤液中主要的成分分析鉴定，垃圾渗滤液中含有主要的有机污染物达到93种，其中有22种有机污染物已经被列入黑名单。老龄垃圾渗滤液通常含有高浓度的氨氮，因此对渗滤液的实际处理操作难度较大。(4)微生物营养元素比例失调：在垃圾填埋场运行前期，可生化性较好，微生物能进行正常的新陈代谢活动；但随着运行时间的增加，生化性不断下降，一些对微生物具有副作用和毒性的物质在渗滤液中逐渐产生，水质中的氨氮含量的变大也影响着微生物脱氢酶的活性，抑制着微生物的正常生长活动。(5)渗滤液在进行处理过程中会产生大量泡沫，不利于系统正常运行。(6)重金属种类多：一般情况下，虽然在渗滤液水质中已检测出的重金属离子含量比较低，但是种类比较多。有关学者采用ICP-AES技术从某填埋垃圾渗滤液中检测出美国环境保护局(EPA)颁布的13种优先污染重金属的11种，部分金属元素严重超标。
垃圾填埋场的垃圾渗滤液水质影响因素较多，主要包括：(1)垃圾自身属性对水质的影响。垃圾渗滤液中的COD、BOD以及氨氮等指标的大小与填埋垃圾的自身属性有着密切的关系。一般情况下，渗滤液中有机物含量越多，其相关指标的值也越大。(2)气候对水质的影响。气候影响当地降水量的变化，而降雨量的多少直接影响着渗滤液水质情况。在多水季节或地区，随着自然降雨进入填埋垃圾中，渗滤液水质得到稀释，使得水质中有机物浓度降低；而在干旱季节和地区，自然降雨量小，渗滤液中污染物浓度高，水质恶化并且更难处理。(3)填埋时间对水质的影响。垃圾填埋处理是一个长时间的生化过程，渗滤液的产生一般分为五个阶段。分别是调整阶段、过渡阶段、酸化阶段、产甲烷阶段、稳定阶段。在不同的阶段内，发生的反应方式和类型均各不相同，垃圾渗滤液的主要成分也不同。当垃圾填埋时间≤5年时，称为年轻垃圾渗滤液；此时水质可生化性好；当垃圾填埋时间＞5年时，称为老龄垃圾渗滤液。此时垃圾渗滤液中难降解有机物增多，可生化性下降。(4)填埋深度对水质的影响。垃圾具有一定的透水性，填埋场深度过高，渗滤液在填埋场内滞留时间越长，渗滤液中污染物会富集，致使渗滤液中污染物升高。
垃圾渗滤液因其自身毒性大、重金属含量高以及水质成分复杂等特点，难以在自然状态下得到降解。若不经过人工处理，必然会对周边环境、水体和居民生活造成严重的后果。目前，国内外对于垃圾渗滤液的处理方法主要有两种；一种是综合处理法；另外一种是单独处理法。垃圾渗滤液综合处理法是将渗滤液直接排入周边城市污水处理厂，让渗滤液和城市污水混合并经过同一类水处理工艺处理。这种处理方式相比于单独处理法节省了建设渗滤液处理设施的高额费用，并且，由于大量的城市污水可对渗滤液进行稀释、缓冲作用，降低渗滤液处理成本。但实践表明，此类方法依然存在一些问题：(1)垃圾填埋场的选址往往远离市区，假如把渗滤液运输到污水处理厂将会存在很大的经济负担。(2)由于垃圾渗滤液水质、水量变化大，容易对污水处理造成比较大的冲击负荷，并且渗滤液中有毒有害物质会抑制活性污泥的正常代谢功能，对污水处理能力和处理效果必将是一个严重的影响。某研究资料显示，当渗滤液和城市污水合并处理时，即使渗滤液水量比例小于0.5％，此时活性污泥的负荷增加一倍。单独处理法是指在垃圾填埋场建立一套完整的单独处理工艺，渗滤液经过处理后经过市政污水管网在污水厂得到最终处理。当前应用比较广泛的处理方法包括生物处理、膜处理、物理化学处理以及高级氧化处理等方法。
福州大学研发了一种利用垃圾渗滤液制备复合型铁矿球团粘结剂的方法(CN106755984B)，将固含量为30％～40％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在80～90℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、生石灰按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂，通过将垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠进行混合改性，再将改性后的垃圾渗滤液与水泥、生石灰按比例混合制得复合型铁矿球团粘结剂，不仅方法简单、操作可行，采用垃圾填埋过程中产生的垃圾处理渗滤液来进行制备粘结剂，实现废物资源的循环再利用，对能源的可持续发展利用具有重大意义。
然而，由于垃圾渗滤液自身组分存在缺陷，导致由垃圾渗滤液制备得到的粘结剂不能赋予球团矿较高的强度和耐温性能，制备得到的球团矿难以满足5000m3以上高炉的高标准要求。
发明内容
为了解决现有技术中如下问题：即由于垃圾渗滤液自身组分存在缺陷，导致由垃圾渗滤液制备得到的粘结剂不能赋予球团矿较高的强度和耐温性能，制备得到的球团矿难以满足5000m3以上高炉的高标准要求。
本发明提出了如下技术方案：
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为30％～40％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在80～90℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液40～50份，水泥25～30份，改性白云石10～15份。
所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至400～600目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂由化合物W和亚甲基双甲基萘磺酸钠按照重量比1:1共同构成；所述化合物W的结构式如下：
所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
所述的喷雾干燥温度为150～200℃。
所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1～2h。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
1、通过将垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠进行混合改性，再将改性后的垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合制得复合型铁矿球团粘结剂，不仅方法简单、操作可行，采用价格低廉的垃圾处理渗滤液来进行制备粘结剂，还能够实现废物资源的循环再利用，实现废弃物的二次经济价值，对能源的可持续发展利用具有重大意义。
2、相比于CN106755984，本发明很好地解决的如下技术问题：即由于垃圾渗滤液自身组分存在缺陷，导致由垃圾渗滤液制备得到的粘结剂不能赋予球团矿较高的强度和耐温性能，制备得到的球团矿难以满足5000m3以上高炉的高标准要求。本发明所制备得到的球团矿优于现有技术中记载的球团矿，且能够很好解决垃圾渗滤液的回收利用问题。
3、将白云石进行改性处理后，其能够有效发挥粘结剂的粘结作用，提升球团矿的强度和耐热性，且使用复合改性剂所得到的改性效果优于单一改性剂所得到的改性效果，主要是因为当白云石与复合改性剂按一定比例混合后，在机械搅拌力的作用下，复合改性剂利用各自的改性手段并通过静电作用吸附于白云石的各晶层表面，由于静电排斥和空间位阻作用使体系稳定。复合改性剂提高了白云石各晶层表面的亲水性，加大了水化膜的强度和厚度，使白云石各晶层的水化排斥作用能增大。白云石各晶层相互冲击和排挤，直至各晶层完全分离，同时复合改性剂增大了晶层表面的电位绝对值，提高了各晶层间的静电排斥作用，提高了白云石粉体的分散性，达到分散的效果。在压力、剪切力作用下，白云石各晶层产生滑动并充分展开，达到充分分散并形成白云石纤维结构。
附图
图1为实施例2制备得到的改性白云石的电子显微镜照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为30％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在80℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液40份，水泥25份，改性白云石10份。
其中，所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至400目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
其中，所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂由化合物W和亚甲基双甲基萘磺酸钠按照重量比1:1共同构成；所述化合物W的结构式如下：
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为150℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1h。
实施例2
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为35％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在85℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液45份，水泥28份，改性白云石13份。
其中，所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至500目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
其中，所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂由化合物W和亚甲基双甲基萘磺酸钠按照重量比1:1共同构成；所述化合物W的结构式如下：
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为180℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1.5h。
实施例3
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为40％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在90℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液50份，水泥30份，改性白云石15份。
其中，所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至600目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
其中，所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂由化合物W和亚甲基双甲基萘磺酸钠按照重量比1:1共同构成；所述化合物W的结构式如下：
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为200℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为2h。
对比例1
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为35％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在85℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、未改性处理的白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和未改性处理的白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液45份，水泥28份，未改性处理的白云石13份。
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为180℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1.5h。
对比例2
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为35％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在85℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液45份，水泥28份，改性白云石13份。
其中，所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至500目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
其中，所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂仅由由化合物W构成；所述化合物W的结构式如下：
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为180℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1.5h。
对比例3
一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，将固含量为35％的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在85℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂。
其中，所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液45份，水泥28份，改性白云石13份。
其中，所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1将白云石研磨至500目，得到白云石粉体；
S2称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
其中，所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt％，所述复合改性剂仅由亚甲基双甲基萘磺酸钠构成。
其中，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10％。
其中，所述的喷雾干燥温度为180℃。
其中，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1.5h。
效果表征：将实施例2以及对比例1-3制得的复合型铁矿球团粘结剂按铁精矿质量的3％加入到铁精矿中进行制备铁矿球团，按国标GB/T14201-93及国标GB/T6730.5-2007中规定的项目进行性能测试，所得结果如下表所示：
| 编号 | 白云石种类 | 改性剂 | 生球抗压强度 | 爆裂温度 |
| 实施例2 | 改性白云石 | 化合物W+亚甲基双甲基萘磺酸钠 | 48N/个 | 574℃ |
| 对比例1 | 未改性白云石 | —— | 25N/个 | 549℃ |
| 对比例2 | 改性白云石 | 化合物W | 39N/个 | 565℃ |
| 对比例3 | 改性白云石 | 亚甲基双甲基萘磺酸钠 | 32N/个 | 557℃ |
上述结果表明，将白云石进行改性处理后，其能够有效发挥粘结作用，提升球团矿的强度和耐热性，且使用复合改性剂所得到的改性效果优于单一改性剂所得到的改性效果，经分析，原因如下：当白云石与复合改性剂按一定比例混合后，在机械搅拌力的作用下，复合改性剂通过静电作用吸附于白云石的各晶层表面，由于静电排斥和空间位阻作用使体系稳定。复合改性剂提高了白云石各晶层表面的亲水性，加大了水化膜的强度和厚度，使白云石各晶层的水化排斥作用能增大。白云石各晶层相互冲击和排挤，直至各晶层完全分离，同时复合改性剂增大了晶层表面的电位绝对值，提高了各晶层间的静电排斥作用，提高了白云石粉体的分散性，达到分散的效果。在压力、剪切力作用下，白云石各晶层产生滑动并充分展开，达到充分分散并形成白云石纤维结构。从实施例2以及CN106755984B的效果数据来看，本发明所制备得到的球团矿优于现有技术中记载的球团矿，且能够很好解决垃圾渗滤液的回收利用问题。
Claims (4)
1.一种垃圾渗滤液的生态环保回收利用工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：将固含量为30%～40%的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液进行混合混匀，并在80～90℃的水浴条件下进行搅拌反应后，将溶液进行冷却，即可制得改性垃圾渗滤液，将所制得的改性垃圾渗滤液与水泥、改性白云石按比例混合均匀，再经过喷雾干燥后，即可制得复合型铁矿球团粘结剂；
所述的改性垃圾渗滤液、水泥和改性白云石的混合质量份数为：改性垃圾渗滤液40～50份，水泥25～30份，改性白云石10～15份；
所述改性白云石采用如下方法制备得到：
S1 将白云石研磨至400~600目，得到白云石粉体；
S2 称取一定量的白云石粉体溶于无水乙醇中，然后加入复合改性剂，再进行磁力搅拌，搅拌结束后进行抽滤、研磨处理，即可得到改性白云石；
所述改性剂的用量为白云石粉体质量的10wt%，所述复合改性剂由化合物W和亚甲基双甲基萘磺酸钠按照重量比1:1共同构成；所述化合物W的结构式如下：
。
2.根据权利要求1所述的生态环保回收利用工艺，其特征在于，所述的氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，所述的氢氧化钠溶液的加入量为垃圾渗滤液浓缩液质量的10%。
3.根据权利要求1所述的生态环保回收利用工艺，其特征在于，所述的喷雾干燥温度为150～200℃。
4.根据权利要求1所述的生态环保回收利用工艺，其特征在于，所述的垃圾渗滤液浓缩液与氢氧化钠溶液混合后，进行水浴搅拌反应的时间为1～2h。
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