申请日2018.01.15
公开(公告)日2018.07.13
IPC分类号C02F1/461; C02F103/06
摘要
本发明提供一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法及其专用装置，将阳极电催化电极和阴极电芬顿电极运用于同一电化学体系中，借助电催化协同电芬顿有效的处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液，克服了单一电催化系统中阴极对高浓度有机物降解贡献小，电催化体系去除效果有限的技术难题。通过浸渍法将铁氧化物负载在活性炭中制成非均相芬顿催化剂，利用该催化剂为主体材料制作的载铁炭基钛网复合电极，可有效地抑制铁离子的溶出，减少了反应后生成的铁氧化物沉淀，提高了体系对Fe2+和H2O2的利用率，进而加强了电芬顿处理效果。装置有效地结合了阳极电催化和阴极电芬顿，提高电能利用率且进一步增强了对高浓度有机物的处理效果，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法，其特征在于，将阳极电催化电极和阴极电芬顿电极运用于同一电化学体系中，借助电催化协同电芬顿有效地处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液;
所述的阳极电催化电极采用DSA阳极;
所述的阴极电芬顿的阴极电极采用高效载铁炭基钛网复合电极，高效载铁炭基钛网复合电极制作方法包括以下步骤：
步骤一、选取适合的活性炭种类，将活性炭置于2mol/L的NaOH溶液进行浸渍，浸渍时间24h，然后用去离子水进行洗涤，直至洗至中性，之后再用浓HNO3浸渍，浸渍时间24h，之后使用去离子水将其洗至中性，最后在105℃的条件下将其进行烘干备用;
步骤二、配制适量的铁氧化物溶液，通过浸渍法将铁氧化物载到活性炭上，并将载好的活性炭完全烘干，然后选择一定温度对活性炭进行锻烧，将锻烧后的活性炭冷却至室温以备用于电极的制作;
步骤三、将装有载过Fe的活性炭容器至于超声反应器中，加入适量乙醇超声震荡5min，然后加入适量导电剂和粘结剂超声震荡15min，超声震荡后将容器取出放于加热器上，控制温度在80℃，通过机械搅拌使混合物均匀受热并使无水乙醇从中逐渐蒸发，混合物逐渐粘成一团，形成膏状物;
步骤四、将蒸至半干的膏状混合物擀压成形状规则的膜结构，然后置于双辊压力机上，反复压制，使活性炭复合材料形成纤维化的电极膜，将电极膜裁剪成适当大小，以预处理过的钛网为电极骨架，将电极膜与钛网放于压片机上以一定压力压制成电极。
2.一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理专用装置，其特征在于，包括反应槽、电极固定槽、电极滑道、阳极电极、阴极电极、曝气装置、鼓风机、电源，电极固定槽垂直安装在反应槽内，电极滑道横向安装在反应槽内，阳极电极和阴极电极分别插入电极固定槽内，电极固定槽通过电极滑道进行移动，阳极电极和阴极电极通过导线与电源相连。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理专用装置，其特征在于，所述的反应槽设有刻度，通过反应槽口的刻度来确定电极间距离。
4.根据权利要求2所述的一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理专用装置，其特征在于，所述的阴极电极底部附近安装曝气装置，通过鼓风机直接为阴极提供足量的氧气且保证整个反应内部的充分搅拌。
5.根据权利要求2所述的一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理专用装置，其特征在于，所述的阳极电极设计为网状镂空结构，便于反应槽内液体的流动。
说明书
一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法及其专用装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及垃圾填埋场垃圾渗滤液采用“预处理+生物处理+深度处理”后产生的膜浓缩液的处理方法及其专用装置。
背景技术
垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中产生二次污染的主要原因之一，如果控制不当势必严重污染地下水、地表水、土壤及周边环境，造成严重的水资源浪费，渗滤液中大量有机污染物，进入食物链后将直接威胁人体健康，严重的还会引起流行性疾病的爆发。目前，国内常用的垃圾渗滤液处理方法是预处理+生物处理+深度处理，也是《生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范(试行)》(HJ 564—2010)和《生活垃圾渗滤液处理技术规范》(CJJ150—2010)推荐的垃圾渗滤液处理常规工艺路线。该套组合工艺的优点是抗冲击能力较强，处理效果好，出水水质直接达到排放标准。但膜过滤技术处理后产生的浓缩液因其污染物浓度高、生化性差、含盐量大、色度高等特点，成为目前垃圾渗滤液处理的难题。
目前，国内外处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的主要方法为回灌法和蒸发法，但是这两种方法都存在一定缺点和局限性。回灌法包括回灌填埋堆体和回流调节池，回灌的浓缩液重新流经填埋层或回流池，利用原有的大量微生物对浓缩液中有机物进行生物降解、吸附、过滤等作用，从而达到降解垃圾渗滤液膜滤浓缩液的目的。然而，回灌法的处理周期较长，随着时间推移，污染物不断累积，致使垃圾渗滤液生化性差、含盐量增加，处理难度加大。进而影响到膜过滤处理，使膜产水率不断降低，更易发生污堵，维护成本变高。蒸发是指在一定的温度和压强下，把相对易挥发组分从混合液中分离出去的过程。蒸发工艺可以将待处理液浓缩到不足原液体积2%～10%。但蒸发法也存在一些问题，蒸发过程中会有部分挥发性烃、挥发性有机酸和氨等污染物会进入蒸气，最终存在于冷凝液中，需经处理达标后方可排放。蒸发后的浓液还需进一步干燥处理，处理费用相对较高，且蒸发设备造价昂贵，极易腐蚀、结垢，维护成本较大。因此，如何兼顾处理成本的情况下有效处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液已成为目前各垃圾填埋场亟待解决的问题。
电催化技术是通过电化学氧化体系中产生的羟基自由基(·OH)、ClO-等降解大分子有机污染物，国内外的研究中最常用的电催化电极为DSA(形稳性阳极)，DSA具有导电性好、密度小、机械强度高、化学性质稳定的特点，并且不易被氧化，能有效地提高电流利用效率。而且表面的稀有金属氧化物析氧电势高，是目前电催化应用化中性能最好的阳极。因为垃圾渗滤液膜滤浓缩液电导率高、导电性好，且Cl-含量非常高、易于产生ClO-，电催化在处理膜滤浓缩液方向极具发展潜力，但国内外相关研究较少，且单一的电催化处理膜滤浓缩液难以达到理想的处理效果。
芬顿法是处理各种难降解有机物应用最多的一种高级氧化技术，其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基，·OH可有效处理酚类、农药、印染、焦化及垃圾渗滤液等难降解废水，但是药剂成本较高。电芬顿法是近年来在芬顿基础上发展的新技术。其中，阴极电芬顿法利用电化学产生H2O2和Fe2+，不用外加H2O2，降低了药剂投加成本，且有机物降解彻底，不易产生中间有毒有害物质，拥有诸多优点。但其技术的发展也遇到了一定的阻碍，目前最突出的问题是主要受到阴极材料的限制以及O2在溶液中传质的影响，使得氧气在阴极表面还原生成H2O2的反应速率受到极大的限制，而且H2O2和Fe2+总的效率也很低，由于这些方面的限制导致了电芬顿法在实际中的应用并不是很理想。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法及其专用装置，将阳极电催化电极和阴极电芬顿电极运用于同一电化学体系中，借助电催化协同电芬顿有效地处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液，克服了单一电催化系统中阴极对高浓度有机物降解贡献小，电催化体系去除效果有限的技术难题。针对阴极电芬顿中Fe2+需要外投、利用率较低且生成铁泥量大、阴极H2O2生成效率低，反应出水pH需调节至中性，药剂投加成本大等问题，本发明通过浸渍法将铁氧化物负载在活性炭中制成非均相芬顿催化剂，利用该催化剂为主体材料制作的载铁炭基钛网复合电极，可有效的抑制铁离子的溶出，减少了反应后生成的铁氧化物沉淀，提高了体系对Fe2+和H2O2的利用率，进而加强了电芬顿处理效果。本处理装置有效的结合了阳极电催化和阴极电芬顿，提高电能利用率且进一步增强了对高浓度有机物的处理效果，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法，将阳极电催化电极和阴极电芬顿电极运用于同一电化学体系中，借助电催化协同电芬顿有效地处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液。
所述的阳极电催化电极采用DSA阳极。
所述的阴极电芬顿电极的阴极电极采用高效载铁炭基钛网复合电极，高效载铁炭基钛网复合电极制作方法包括以下步骤：
步骤一、选取适合的活性炭种类，将活性炭置于2mol/L的NaOH溶液进行浸渍，浸渍时间24h，然后用去离子水进行洗涤，直至洗至中性，之后再用浓HNO3浸渍，浸渍时间24h，之后使用去离子水将其洗至中性，最后在105℃的条件下将其进行烘干备用;
步骤二、配制适量的铁氧化物溶液，通过浸渍法将铁氧化物载到活性炭上，并将载好的活性炭完全烘干，然后选择一定温度对活性炭进行锻烧，将锻烧后的活性炭冷却至室温以备用于电极的制作;
步骤三、将装有载过Fe的活性炭容器至于超声反应器中，加入适量乙醇超声震荡5min，然后加入适量导电剂和粘结剂超声震荡15min，超声震荡后将容器取出放于加热器上，控制温度在80℃，通过机械搅拌使混合物均匀受热并使无水乙醇从中逐渐蒸发，混合物逐渐粘成一团，形成膏状物;
步骤四、将蒸至半干的膏状混合物擀压成形状规则的膜结构，然后置于双辊压力机上，反复压制，使活性炭复合材料形成纤维化的电极膜，将电极膜裁剪成适当大小，以预处理过的钛网为电极骨架，将电极膜与钛网放于压片机上以一定压力压制成电极。
一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理专用装置，包括反应槽、电极固定槽、电极滑道、阳极电极、阴极电极、曝气装置、鼓风机、电源，电极固定槽垂直安装在反应槽内，电极滑道横向安装在反应槽内，阳极电极和阴极电极分别插入电极固定槽内，电极固定槽通过电极滑道进行移动，阳极电极和阴极电极通过导线与电源相连。
所述的反应槽设有刻度，通过反应槽口的刻度来确定电极间距离。
所述的阴极电极底部附近安装曝气装置，通过鼓风机直接为阴极提供足量的氧气且保证整个反应内部的充分搅拌。
所述的阳极电极设计为网状镂空结构，便于反应槽内液体的流动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明自主研发的阴极电极具有较高的H2O2生成效率和电流利用率，且Fe2+无需外投、铁泥生成量极小，阴极电芬顿反应需要的pH值范围广，大大的节约了反应的药剂投加成本。本发明有效地结合了阳极电催化和阴极电芬顿，提高了该电化学体系电能利用率，增强其对垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理效果，可有效的降低垃圾渗滤液膜滤浓缩液的COD、TOC和色度，并显著提高水体的可生化性，具有良好的应用前景。
2、本发明的一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法及其专用装置，可在兼顾处理成本的情况下，有效地提高膜滤浓缩液的处理效果，大大降低垃圾渗滤液膜滤浓缩液的有机污染物浓度、有效去除色度且显著提高可生化性。