CN114315042A - 一种垃圾渗滤液处理剂及垃圾渗滤液处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液处理剂及垃圾渗滤液处理方法，垃圾渗滤液处理剂包括如下重量份的原料：PAM：80～100份；PAC：0.1～0.3份；改性硅藻土：5～20份；所述改性硅藻土的原料至少包括如下物质：硅藻土：1～3份；正硅酸乙酯：1～2.5份；乙醇：8～12份；碱催化剂：0.1～1份；水：1～2份；长链烷基硅烷溶液：80～120份；所述长链烷基硅烷溶液的浓度为1～5wt%。本申请的垃圾渗滤液处理剂能够有效去除垃圾渗滤液中的腐殖酸,促进处理后渗滤液水质指标的有效改善。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种垃圾渗滤液处理剂及垃圾渗滤液处理方法。
背景技术
垃圾渗滤液是垃圾降解过程中产生的高浓度、高污染的有机废水。由于垃圾种类和所处环境的多样性，致使垃圾渗滤液中含有大量的氨氮元素、有机物、腐殖酸，重金属离子和漂浮物等等多种污染物。且污染物浓度高、水质变化范围大、同时带有强烈恶臭，呈黑色或灰褐色，处理难度极大。
目前，有机物、重金属离子、漂浮物等污染物均具有对应的成熟的废水处理方法，但对腐殖酸的处理方法研究较少，导致垃圾渗滤液中含量较多的腐殖酸难以处理。
发明内容
为有效处理垃圾渗滤液中的腐殖酸，减少腐殖酸对土壤、空气等造成的危害，本申请提供一种垃圾渗滤液处理剂及垃圾渗滤液处理方法。
第一方面，本申请提供一种垃圾渗滤液处理剂，其包括如下重量份的原料：
PAM：80～100份；
PAC：0.1～0.3份；
改性硅藻土：5～20份；
所述改性硅藻土的原料至少包括如下物质：
硅藻土：1～3份；
正硅酸乙酯：1～2.5份；
乙醇：8～12份；
碱催化剂：0.1～1份；
水：1～2份；
长链烷基硅烷溶液：80～120份；
所述长链烷基硅烷溶液的浓度为1～5wt％。
通过采用上述技术方案，获得了具有突出的腐殖酸吸附作用的硅藻土,有效提高了垃圾渗滤液的处理效果。其原因可能在于,硅藻土含有孔隙结构，对腐殖酸具有一定的吸附作用。腐殖酸既含有亲水基又含有疏水基，然而在水体系中，腐殖酸的亲水基团溶于水中，而亲水性的硅藻土难以对腐殖酸的疏水基团产生吸附作用，致使硅藻土对腐殖酸的吸收作用较弱。为此，本申请中通过采用改性剂，使长链烷基硅烷吸附于硅藻土表面，从而赋予硅藻土良好的疏水性，有效提高腐殖酸的吸附率。
改性剂中,正硅酸乙酯、乙醇、水的混合液在碱催化剂的催化作用下，于硅藻土表面发生溶胶凝胶反应，并形成以纳米二氧化硅为节点且相互连接形成的Si-O-Si纳米结构，增大了硅藻土的比表面积，并为长链烷基硅烷的附着提供了更多的活性位点。长链烷基硅烷的硅氧烷基团水解(空气中水分即可)后能够形成硅醇基团，并与纳米二氧化硅表面的羟基等活性基团键合，从而使得长链烷基硅烷吸附于硅藻土表面，并利用长链烷基的疏水性赋予硅藻土良好的疏水性。
另外，腐殖酸因具有较大的比表面积，且表面含有较多的活性基团，能够捕捉渗滤液中的无机与有机小分子以及胶体等物质，降低了PAC等絮凝剂等处理沉淀效果，不利于提高水质。因此，本申请对腐殖酸的吸附处理还能够进一步的改善最终BOD、COD含量、氨氮含量等指标。
上述碱催化剂通常为碱性溶液，例如氢氧化钠与氢氧化钾的水溶液、氨水溶液。另外，本申请对长链烷基硅烷无特殊要求，带有疏水性的长链烷基硅烷均可，优选采用碳原子个数为≥12的长链烷基硅烷；其溶剂采用石油醚、甲苯、环己烷、正庚烷等非极性溶剂。
优选的，所述长链烷基硅烷溶液采用十八烷基三甲氧基硅烷溶液、十八烷基三乙氧基硅烷溶液、十六烷基三甲氧基硅烷溶液、十六烷基三乙氧基硅烷溶液、十八烷基三氯硅烷溶液、十六烷基二甲基氯硅烷溶液中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，上述长链烷基硅烷溶液均能够有效的赋予硅藻土极好的疏水性，从而提高硅藻土对腐殖酸的吸附作用，改善垃圾渗滤液处理后的水质。
优选的，所述改性硅藻土按照如下方法制备得到：
S1-1:将正硅酸乙酯、乙醇与水混合得到混合液，将硅藻土浸泡于混合液中，加热至65～75℃并搅拌，然后向混合液中滴加碱催化剂，浸泡0.5～1h后过滤、烘干，得到预处理硅藻土；
S1-2:将预处理硅藻土加入长链烷基硅烷溶液中，浸泡1～2h，过滤烘干后得到改性硅藻土。
通过采用上述技术方案，步骤S1-1中，通过溶胶凝胶法在硅藻土表面附着纳米二氧化硅颗粒，一方面，为长链烷基硅烷的吸附提供更多反应位点，充分的提高硅藻土的疏水性，从而有利于提高腐殖酸的吸附率；另一方面，通过二氧化硅颗粒的附着，使得硅藻土表面形成粗糙的孔隙结构，能够吸附更多的腐殖酸。
优选的，所述长链烷基硅烷溶液的浓度为1.5～2wt％。
通过采用上述浓度范围的长链烷基硅烷溶液，既能够充分的接枝于硅藻土表面的二氧化硅表面，从而赋予硅藻土疏水性；还能够降低硅烷过量导致的硅烷相互间过度交联，导致的腐殖酸吸附量下降的概率。
优选的，所述硅藻土的粒径为100～300目。
通过采用上述技术方案，该粒径范围内的硅藻土颗粒经改性后具有较为突出的腐殖酸吸附性。
优选的，所述垃圾渗滤液处理剂还包括2～8重量份的水滑石颗粒，所述水滑石颗粒按照如下方法制备得到：
S2-1:将硝酸镁、硝酸铝与硝酸钠充分溶解于水溶液中，得到浓度为35～45％的反应液A；将苛性碱溶解于水溶液中，得到反应液B；
S2-2:于搅拌条件下，向反应液A中滴加反应液B，并保持混合体系的pH值在11～12，滴加完毕后加热升温至60～70℃，静置15～20h,得到沉淀物，将沉淀物水洗烘干，得到水滑石颗粒。
腐殖酸在水中能够电离产生阴离子，并进一步与水中的其他阴离子形成阴离子聚合电解质，进而与金属离子发生络合反应，增强重金属离子的迁移能力，降低重金属的处理效果。本申请中通过添加水滑石颗粒，能够有效的减少腐殖酸电离产生的阴离子，进而降低垃圾渗滤液中的重金属离子含量。
上述现象的原因可能在于，水滑石具有层间结构，其层间插入有用于中和电价的阴离子，且层间的阴离子能够与外界阴离子进行置换。本申请中通过采用硝酸镁、硝酸铝与硝酸钠为原料，使制得的水滑石层间充满硝酸根离子。由于腐殖酸电离产生带醋酸根的阴离子，而硝酸根离子相比带醋酸根的阴离子具有更高的交换能力，从而对腐殖酸产生的阴离子产生吸附作用。减少其对重金属离子的络合，最终，有效改善处理后垃圾渗滤液中的重金属离子含量。
优选的，所述硝酸镁、硝酸铝与硝酸钠的质量比为(2～3):1:(2～4)。
通过采用上述技术方案，上述质量比的原料不均能够充分的溶解于水中，且其金属离子比能够支撑水滑石层板结构的形成，并获得足够的电荷密度，进而使其具有良好的阴离子吸附能力。
第二方面，本申请提供一种垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，该处理方法的工序依次包括格栅过滤、UASB反应、两级A0生化处理、混凝沉淀、多介质过滤、活性炭吸附，所述混凝沉淀工序中加入有上述任一项所述的垃圾渗滤液处理剂。
通过采用上述技术方案，一方面能够有效减少垃圾渗滤液中腐殖酸的含量，由于腐殖酸为有机物，其体现于水质指标上为BOD、COD含量下降。另一方面，能够有效降低重金属离子在水中的溶解、迁移，促进重金属离子的沉淀去除。
综上所述，本申请具有如下有益效果：
1、本申请中通过在处理剂中加入改性硅藻土，利用其多孔结构和疏水性的配合，有效的实现了对垃圾渗滤液中腐殖酸的吸附，降低了水中有机物的含量，改善了BOD、COD等指标。
2、本申请中通过采用水滑石颗粒，有效的实现了对垃圾渗滤液中腐殖酸电离阴离子的吸附，有效降低了重金属离子的迁移能力，促进了水中重金属离子的沉淀去除。
具体实施方式
改性硅藻土的制备例
制备例1，一种改性硅藻土，各原料组分的选择如表1所示，且按照如下方法制备得到：
S1-1:将正硅酸乙酯、乙醇与水混合并搅拌均匀，得到混合液，将平均粒径为100～200目的硅藻土浸泡于混合液中，加热至70℃并搅拌，搅拌的同时向混合液中滴加浓度为10wt％的氨水(碱催化剂)，浸泡1h后过滤得到颗粒物，将颗粒物烘干至恒重，得到预处理硅藻土；
S1-2:将预处理硅藻土加入浓度为2wt％的十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液(长链烷基硅烷溶液)中，浸泡1h，过滤后用乙醇清洗，在70℃下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
制备例2，一种改性硅藻土，各原料组分的选择如表1所示，按照如下方法制备得到：
S1-1:将正硅酸乙酯、乙醇与水混合并搅拌均匀，得到混合液，将平均粒径为200～300目的硅藻土浸泡于混合液中，加热至75℃并搅拌，搅拌的同时向混合液中滴加浓度为5wt％的氢氧化钠水溶液(碱催化剂)，浸泡0.5h后过滤得到颗粒物，将颗粒物烘干至恒重，得到预处理硅藻土；
S1-2:将预处理硅藻土加入浓度为1.5wt％的十八烷基三氯硅烷的石油醚溶液(长链烷基硅烷溶液)中，浸泡2h，过滤后用乙醇清洗，再在80℃下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
制备例3，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，各原料组分的选择如表1所示。
表1、制备例1～3中各原料的选择及用量(㎏)
制备例4，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，步骤S1-2中，长链烷基硅烷溶液采用浓度为2wt％的十六烷基三甲氧基硅烷的正己烷溶液。
制备例5，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，步骤S1-2中，长链烷基硅烷溶液采用浓度为1wt％的十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液。
制备例6，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，步骤S1-2中，长链烷基硅烷溶液采用浓度为3wt％的十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液。
制备例7，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，不进行步骤S1-2中，步骤S1-1制得的预处理硅藻土即为改性硅藻土。
制备例8，一种改性硅藻土，与制备例1的区别在于，不进行步骤S1-1，具体操作为：将硅藻土加入浓度为1.5wt％的十八烷基三氯硅烷的石油醚溶液(长链烷基硅烷溶液)中，浸泡2h，过滤后用乙醇清洗，在80℃下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
上述制备例中，硅藻土颗粒原料均购自灵寿县海滨矿产品贸易有限公司；但本申请中对硅藻土的型号厂家并无特殊需求，满足所需粒径即可。
水滑石颗粒的制备例
制备例A，一种水滑石颗粒，按照如下方法制备得到：
S2-1:将25g硝酸镁、10g硝酸铝与40g硝酸钠充分溶解于200g水溶液中，得到浓度为40wt％的反应液A；将25g氢氧化钠(苛性碱)溶解于500g水溶液中，得到5wt％的反应液B；
S2-2:于500rpm的转速下，向反应液A中滴加反应液B，并保持混合体系的pH值在12，滴加完毕后加热升温至65℃，静置16h,得到沉淀物，将沉淀物用去离子水水洗3次，60℃下烘干至恒重，得到水滑石颗粒。
制备例B，一种水滑石颗粒，按照如下方法制备得到：
S2-1:将30g硝酸镁、10g硝酸铝与30g硝酸钠充分溶解于200g水溶液中，得到浓度为40wt％的反应液A；将20g氢氧化钠(苛性碱)溶解于500g水溶液中，得到4wt％的反应液B；
S2-2:于500rpm的转速下，向反应液A中滴加反应液B，并保持混合体系的pH值在11，滴加完毕后加热升温至65℃，静置16h,得到沉淀物，将沉淀物用去离子水水洗3次，60℃下烘干至恒重，得到水滑石颗粒。
实施例
实施例1，一种垃圾渗滤液处理方法，其处理工序依次包括格栅过滤、UASB反应、两级A0生化处理、混凝沉淀、多介质过滤、活性炭吸附，且混凝沉淀工序中加入有垃圾渗滤液处理剂。垃圾渗滤液来源为垃圾中转站，设计垃圾渗滤处理规模为5m3/d，其水质参数如表2所示：
表2、垃圾渗滤液原水水质参数
其中，垃圾渗滤液处理剂的原料选择及其用量如表3所示。
实施例2～3，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，垃圾渗滤液处理剂的原料选择及其用量如表3所示。
表3、实施例1～3中垃圾渗滤液处理剂的原料选择及用量(0.05㎏)
其中，PAM获自苏州恒信达；PAC获自福州德润化工；改性硅藻土为制备例1制得的改性硅藻土；水滑石颗粒为制备例A制得的水滑石颗粒。
实施例4，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例2制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
实施例5，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例3制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
实施例6，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例4制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
实施例7，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例5制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
实施例8，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例6制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
实施例9，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例B制得的水滑石颗粒替代制备例1制得的水滑石颗粒。
实施例10，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量市售镁铝水滑石颗粒替代制备例1制得的水滑石颗粒，其层间插层阴离子为碳酸根离子。
实施例11，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量市售钙铝水滑石颗粒替代制备例1制得的水滑石颗粒，其层间插层阴离子为氯离子。
实施例12，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，垃圾渗滤液处理剂中未添加有水滑石颗粒。
对比例
对比例1，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例7制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
对比例2，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量制备例8制得的改性硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
对比例3，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，采用等量未经改性处理的硅藻土替代制备例1制得的改性硅藻土。
对比例4，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例1的区别在于，未采用改性硅藻土。
对比例5，一种垃圾渗滤液处理方法，与实施例12的区别在于，未采用改性硅藻土。
性能检测试验
试验1：垃圾渗滤液处理剂效用测试
试验方法：如表4所示，每组试验的样液取自同批次垃圾渗滤液(经混合得到，水质参数均匀)，每组试验处理量为1t。
试验结果：如表5所示。
表4、水质参数检测标准
| 参数指标(mg/L) | 检测国标 |
| 化学需氧量(mg/L) | GB/T 11914-1989 |
| 生物需氧量(mg/L) | GB/T 7488-1987 |
| 氨氮含量(mg/L) | GB/T 7479-1987 |
| 总氮(mg/L) | GB/T 11893-1989 |
| 总铬(mg/L) | GB/T 7466-1987 |
| 总铜(mg/L) | GB/T 7475-1987 |
| 总铅(mg/L) | GB/T 7475-1987 |
| 总汞(μg/L) | GB/T 7469-1987 |
| 总镉(mg/L) | GB/T 7471-1987 |
表5、水质参数检测结果
试验结果分析：
(1)结合实施例1～12和对比例1～5并结合表5可以看出，实施例1～12中采用有经两步改性得到的改性硅藻土，而对比例1～5中未加入有改性硅藻土或未采用经两步改性得到的改性硅藻土，最终实施例1～12处理得到的垃圾渗滤液具有更突出的水质指标。其原理可能在于，一方面，硅藻土本身具备微孔结构，对腐殖酸等有机物具有一定的吸附效果；另一方面，经两步改性后的硅藻土，其具备更为粗糙、更多微孔的结构，对腐殖酸的吸附量增加；同时，其疏水性增强，对腐殖酸的吸引能力提高，有利于腐殖酸的附着。
(2)结合实施例1和对比例1～2并结合表5可以看出，实施例1中的改性硅藻土采用两步法制得，而对比例1～2制的改性硅藻土均只进行了其中一步改性操作，使得实施例1处理得到的垃圾渗滤液具有更突出的水质指标。其原因可能在于，第一步改性，正硅酸乙酯、乙醇、水的混合液在碱催化剂的催化作用下，于硅藻土表面发生溶胶凝胶反应，并形成以纳米二氧化硅为节点且相互连接形成的Si-O-Si纳米结构，使得硅藻土的表面更为粗糙且具有更多的微孔结构，不仅能够为腐殖酸的附着提供空间，同时纳米二氧化硅为长链烷基硅烷的化学键合提供了更多的活性位点。
(3)结合实施例1和实施例10～12并结合表5可以看出，实施例1中采用有制备例制得的水滑石颗粒，其层间插层离子为硝酸根离子；而实施例10～11采用市售水滑石，其层间插层离子为碳酸根离子或氯离子，实施例12中未加入有水滑石颗粒。最终使得实施例1处理得到的垃圾渗滤液具有更突出的水质指标。其原因可能在于，腐殖酸在水中会发生电离反应，产生阴离子且进一步与水中的其他阴离子形成阴离子聚合电解质，其能够与重金属离子发生络合反应，增强其在水中的迁移能力，抑制了PAC、PAM对重金属离子的沉淀清楚作用，不利于提高水质。而本申请制得的水滑石，其层间阴离子为硝酸根离子，具有较强的阴离子交换性能，能够与水中的腐殖酸电离阴离子发生置换，从而减少阴离子聚合电解质的产生，促进重金属离子的沉淀去除。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种垃圾渗滤液处理剂，该处理剂应用于混凝沉淀池，其特征在于，包括如下重量份的原料：
PAM：80～100份；
PAC：0.1～0.3份；
改性硅藻土：5～20份；
所述改性硅藻土的原料至少包括如下物质：
硅藻土：1～3份；
正硅酸乙酯：1～2.5份；
乙醇：8～12份；
碱催化剂：0.1～1份；
水：1～2份；
长链烷基硅烷溶液：80～120份；
所述长链烷基硅烷溶液的浓度为1～4wt%。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述长链烷基硅烷溶液采用十八烷基三甲氧基硅烷溶液、十八烷基三乙氧基硅烷溶液、十六烷基三甲氧基硅烷溶液、十六烷基三乙氧基硅烷溶液、十八烷基三氯硅烷溶液、十六烷基二甲基氯硅烷溶液中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述改性硅藻土按照如下方法制备得到：
S1-1:将正硅酸乙酯、乙醇与水混合得到混合液，将硅藻土浸泡于混合液中，加热至65～75℃并搅拌，然后向混合液中滴加碱催化剂，浸泡0.5～1h后过滤、烘干，得到预处理硅藻土；
S1-2:将预处理硅藻土加入长链烷基硅烷溶液中，浸泡1～2h，过滤烘干后得到改性硅藻土。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述长链烷基硅烷溶液的浓度为1.5～2wt%。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述硅藻土的粒径为100～300目。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述垃圾渗滤液处理剂还包括2～8重量份的水滑石颗粒，所述水滑石颗粒按照如下方法制备得到：
S2-1:将硝酸镁、硝酸铝与硝酸钠充分溶解于水溶液中，得到浓度为35～45%的反应液A；将苛性碱溶解于水溶液中，得到反应液B；
S2-2:于搅拌条件下，向反应液A中滴加反应液B，并保持混合体系的pH值在11～12，滴加完毕后加热升温至60～70℃，静置15～20h,得到沉淀物，将沉淀物水洗烘干，得到水滑石颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种垃圾渗滤液处理剂，其特征在于，所述硝酸镁、硝酸铝与硝酸钠的质量比为(2～3):1:(2～4)。
8.一种垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，该处理方法的工序依次包括格栅过滤、UASB反应、两级A0生化处理、混凝沉淀、多介质过滤、活性炭吸附，所述混凝沉淀工序中加入有权利要求1～7中任一项所述的垃圾渗滤液处理剂。
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