CN112079972A - 将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，取生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液，在30℃~70℃恒温水浴电磁搅拌器作用下，向烧杯中加入渗滤液浓缩液并充分搅拌，向烧杯中依次加入定量过硫酸钾、丙烯酸和作为交联剂的N,N‑亚甲基双丙烯酰胺；搅拌至反应体系产生粘度、凝固，静置待渗滤液聚合凝胶完全形成，关闭恒温水浴反应器，待凝胶冷却至常温取出，切成小立方体，放入烘箱中烘干，得到渗滤液凝胶固体颗粒。采用本发明的方法，使作为难处理的高浓度有机废水污染物转化为高吸水性凝胶固体颗粒，解决了垃圾渗滤液纳滤浓缩液难以处理的问题，实现渗滤液无害化处理与资源化利用，具有经济与社会环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护、垃圾处理技术，属于难处理的高浓度有机废水无害化处理、资源化利用领域，尤其涉及一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法。
背景技术
常用的生活垃圾处理处置包括卫生填埋、焚烧和回收、堆肥等其他资源化途径，近些年来虽然填埋占比逐年下降，但作为最主要的生活垃圾处理处置方式，填埋处理收运垃圾量占比均超过50%，而垃圾在堆放和填埋过程中，由于压实、发酵等物理、生物、化学作用，同时在降水和其他外部来水的渗流作用下会产生一种含有有机或无机成分的液体，被称之为垃圾渗滤液。
从生活垃圾卫生填埋技术应用之初，渗滤液就是一个备受关注的难题。由于其中含有大量持久性有机污染物和重金属元素，渗滤液随意排放会对环境和健康造成极其恶劣的负面影响。随着我国城市化进程的逐渐加快，城市生活垃圾的产生量也与日俱增，相应产生的城市生活垃圾填埋场的填埋量及生活垃圾收集、运输和处理处置过程中产生的渗滤液量也大幅增长。
我国具有特殊的餐饮食品结构，南方气候潮湿，处理的生活垃圾含水率高，有的城市渗滤液产量每日可达数千吨，所以对渗滤液（包括垃圾中转站渗滤液、填埋场渗滤液、垃圾焚烧厂渗滤液等）的处理处置迫在眉睫。
垃圾渗滤液的常规处理处置方法包括生物处理、物理化学处理技术和土地处理技术，这些常规处理处置方法都是将垃圾渗滤液作为环境污染物看待，而经过纳滤处理的垃圾渗滤液浓缩液仍具有有机污染物浓度高、可生化性差、重金属成分复杂等缺点，且成为渗滤液处理厂二次污染削减的主要技术障碍。
有鉴于此，该领域技术人员致力于对垃圾渗滤液的处理进行深层次的研发，努力实现垃圾渗滤液的无害化、资源化。
发明内容
针对生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液有机污染物浓度高、可生化性差、重金属成分复杂等问题，本发明提供一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，通过添加过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为引发剂、交联剂，将含有-COOH、-OH、C=C等多种能发生自由基聚合反应特征官能团的渗滤液纳滤浓缩液与丙烯酸单体进行接枝聚合，使作为难处理的高浓度有机废水污染物转化为高吸水性凝胶固体颗粒，解决了垃圾渗滤液纳滤浓缩液难以处理的问题。
本发明的技术解决方案如下：
一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，包括下列步骤：
（1）收取生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液，作为原材料备用；
（2）在温度为30℃~70℃恒温水浴电磁搅拌器作用下，向四个以上每个为250mL烧杯中分别加入150mL渗滤液浓缩液、含有定量蒙脱土150mL浓缩液混合溶液、含有尿素150mL浓缩液混合溶液以及含有定量蒙脱土和尿素150mL浓缩液混合溶液，并进行充分的磁力搅拌；
（3）向烧杯中依次加入定量过硫酸钾、丙烯酸和作为交联剂的N,N-亚甲基双丙烯酰胺；
（4）搅拌至反应体系产生粘度、开始凝固后停止磁力搅拌，在所设置温度恒温条件下静置1h待渗滤液聚合凝胶完全形成，关闭恒温水浴反应器，待凝胶冷却至常温取出；
（5）将制备的渗滤液凝胶切成尺寸为0.5mm小立方体，放入温度60℃~105℃烘箱中烘干，得到渗滤液凝胶固体颗粒。
所述过硫酸钾、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺试剂均为分析纯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，使用前不做任何预处理。
所述蒙脱土含量为0~3.0g，尿素含量为0~30g。
所述过硫酸钾含量为0~10mmol/L，丙烯酸含量为0~20mL，N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量为0~5g。
所述磁力搅拌至反应体系产生粘度、开始凝固的时间为10~60min。
所述渗滤液凝胶固体颗粒呈灰褐色、海绵状。
按本发明的一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，通过添加过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为引发剂、交联剂，将含有-COOH、-OH、C=C等多种能发生自由基聚合反应特征官能团的渗滤液纳滤浓缩液与丙烯酸单体进行接枝聚合，使作为难处理的高浓度有机废水污染物转化为高吸水性凝胶固体颗粒，所制备的凝胶固体颗粒可进一步用于环境领域，“以废治废”，实现渗滤液无害化处理与资源化利用，具有较高的经济与社会环境效益。
本发明的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法工艺简单、成本低廉，解决了垃圾渗滤液纳滤浓缩液难以处理的问题，实现垃圾渗滤液无害化和资源化。
附图说明
图1是利用生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液制备渗滤液凝胶固体颗粒流程图。
图2至图5表示添加蒙脱土或尿素改性后形成的渗滤液复合凝胶在不同温度下烘干后获得的固体颗粒在常温下对渗滤液吸附后的溶胀率。
图2显示烘干温度60℃对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。
图3显示烘干温度75℃对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。
图4显示烘干温度90℃对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。
图5显示烘干温度105℃对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。
附图标记：
1为渗滤液纳滤浓缩液，2为蒙脱土，3为尿素，4为过硫酸钾，5为丙烯酸，6为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，7为恒温水浴电磁搅拌器，8为渗滤液浓缩液聚合凝胶，9为渗滤液凝胶立方体，10为渗滤液凝胶固体颗粒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
参看图1，本发明的一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法由下列步骤实现。图中所示添加物质为蒙脱土/尿素，水浴温度为30℃~70℃，烘干温度为60℃~105℃。
（1）收取生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液，作为原材料备用。
（2）在温度为30℃~70℃恒温水浴电磁搅拌器作用下，向四个以上每个为250mL烧杯中分别加入150mL渗滤液浓缩液、含有定量蒙脱土150mL浓缩液混合溶液、含有尿素150mL浓缩液混合溶液以及含有定量蒙脱土和尿素150mL浓缩液混合溶液，并进行充分的磁力搅拌。其中蒙脱土含量为0~3.0g，尿素含量为0~30g。
（3）向烧杯中依次加入一定量的过硫酸钾、丙烯酸和作为交联剂的N,N-亚甲基双丙烯酰胺。过硫酸钾、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺试剂均为分析纯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，使用前不做任何预处理。其中过硫酸钾含量为0~10mmol/L，丙烯酸含量为0~20mL，N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量为0~5g。
（4）磁力搅拌至反应体系产生一定粘度、开始凝固后停止磁力搅拌，其开始凝固的时间为10~60min。在所设置温度恒温条件下静置1小时待渗滤液聚合凝胶完全形成，关闭恒温水浴反应器，待凝胶冷却至常温取出。
（5）将制备的渗滤液凝胶切成尺寸约为0.5mm小立方体，放入温度60℃~105℃烘箱中烘干，也就是渗滤液凝胶小立方体形成固体颗粒的烘干温度为60℃~105℃，得到渗滤液凝胶固体颗粒。渗滤液凝胶固体颗粒呈灰褐色、海绵状。由此使作为难处理的高浓度有机废水污染物转化为高吸水性凝胶固体颗粒，所制备的凝胶固体颗粒可进一步用于环境领域，“以废治废”，实现垃圾渗滤液无害化和资源化。
本发明利用生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液制备凝胶固体颗粒，如图1中所示，反应体系通过恒温水浴的电磁搅拌装置将渗滤液浓缩液与添加物质和接枝聚合单体、引发剂及交联剂充分接触、反应，待体系产生一定粘度、开始凝固后停止磁力搅拌，静置完全凝固后获得产物前体物质渗滤液凝胶；将渗滤液凝胶切丁、烘干后获得便于无害化处理和资源化利用的渗滤液凝胶固体颗粒。
本实施方式考察了添加物质、烘干温度与水浴温度对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。参看图2至图5，图中表示添加蒙脱土或尿素改性后形成的渗滤液复合凝胶在不同温度下烘干后获得的固体颗粒在常温下对渗滤液吸附后的溶胀率。
图2至图5分别表示烘干温度为60℃、75℃、90℃和105℃，空白样（无蒙脱土或尿毒添加，接枝聚合底物仅150mL渗滤液纳滤浓缩液）、添加蒙脱土、添加尿素与添加蒙脱土和尿素接枝聚合反应再切丁、烘干后所制备渗滤液凝胶固体颗粒溶胀率曲线对应如图中所示。
图2至图5显示了不同烘干温度（60℃、75℃、90℃和105℃）对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响，图2至图5内部不同改性条件相互比较显示出不同添加物质对渗滤液凝胶固体颗粒的吸附性能（溶胀率）的影响。随着烘干温度的升高，不同类型渗滤液凝胶固体颗粒的吸水性能整体呈增强趋势；烘干温度大于60℃后，蒙脱土作为添加物质对凝胶固体颗粒的吸附性能产生抑制作用，而尿素改性有利于渗滤液凝胶固体颗粒吸附性能的提高。在105℃烘干温度条件下，尿素改性后的渗滤液凝胶固体颗粒在480min吸收时间时得到约为5.80的溶胀率。
对于重金属含量较高的渗滤液浓缩液所制备的凝胶固体颗粒，可通过焚烧这一处理方式将渗滤液中的重金属富集于焚烧飞灰中，然后通过专门的危废处理企业进行深度无害化处理。对于所制备的一般渗滤液凝胶固体颗粒，可用于吸附渗滤液等污、废水中的污染物，然后通过低温蒸发等方式将其中的重金属等污染物进行浓缩、固化在渗滤液凝胶固体颗粒中，再进一步通过焚烧等无害化方式进行处理处置。
综上所述，采用本发明的一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，通过添加过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为引发剂、交联剂，将含有-COOH、-OH、C=C等多种能发生自由基聚合反应特征官能团的渗滤液纳滤浓缩液与丙烯酸单体进行接枝聚合，使作为难处理的高浓度有机废水污染物转化为高吸水性凝胶固体颗粒，解决了垃圾渗滤液纳滤浓缩液难以处理的问题，实现渗滤液无害化处理与资源化利用，具有较高的经济与社会环境效益。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）收取生活垃圾渗滤液纳滤浓缩液，作为原材料备用；
（2）在温度为30℃~70℃恒温水浴电磁搅拌器作用下，向四个以上每个为250mL烧杯中分别加入150mL渗滤液浓缩液、含有定量蒙脱土150mL浓缩液混合溶液、含有尿素150mL浓缩液混合溶液以及含有定量蒙脱土和尿素150mL浓缩液混合溶液，并进行充分的磁力搅拌；
（3）向烧杯中依次加入定量过硫酸钾、丙烯酸和作为交联剂的N,N-亚甲基双丙烯酰胺；
（4）搅拌至反应体系产生粘度、开始凝固后停止磁力搅拌，在所设置温度恒温条件下静置1h待渗滤液聚合凝胶完全形成，关闭恒温水浴反应器，待凝胶冷却至常温取出；
（5）将制备的渗滤液凝胶切成尺寸为0.5mm小立方体，放入温度60℃~105℃烘箱中烘干，得到渗滤液凝胶固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于：所述过硫酸钾、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺试剂均为分析纯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，使用前不做任何预处理。
3.根据权利要求1所述的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于：所述蒙脱土含量为0~3.0g，尿素含量为0~30g。
4.根据权利要求1所述的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于：所述过硫酸钾含量为0~10mmol/L，丙烯酸含量为0~20mL，N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量为0~5g。
5.根据权利要求1所述的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于：所述磁力搅拌至反应体系产生粘度、开始凝固的时间为10~60min。
6.根据权利要求1所述的将渗滤液转化成高吸水性凝胶固体颗粒的方法，其特征在于：所述渗滤液凝胶固体颗粒呈灰褐色、海绵状。
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| US20110232532A1 (en) * | 2010-03-24 | 2011-09-29 | Ramme Bruce W | Settable Building Material Composition Including Landfill Leachate |
| CN107652446A (zh) * | 2016-11-21 | 2018-02-02 | 四川师范大学 | 一种垃圾浓缩液资源化利用的方法 |
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-
2020
- 2020-09-18 CN CN202010985502.XA patent/CN112079972A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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