申请日2013.06.25
公开(公告)日2013.09.11
IPC分类号C02F1/32; C02F1/72; C02F1/28
摘要
本发明公开了一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0～6.0的垃圾渗滤液中进行反应，有机膨润土的投加量为2g/L～10g/L，TiO2的投加量为0.5g/L～5g/L，向反应液内提供紫外光源并进行曝气，反应完成后将所得反应产物进行沉淀，得到上清液和沉淀物，所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液。本发明的方法简单易行，处理效果好、效率高、成本低廉、二次污染小。
权利要求书
1.一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0～6.0的垃圾渗滤液中进行反应，有机膨润土的投加量为2g/L～10g/L，TiO2的投加量为0.5g/L～5g/L，向反应液内提供紫外光源并进行曝气，反应完成后将所得反应产物进行沉淀，得到上清液和沉淀物，所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液。
2.根据权利要求1所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述反应时间为2h～3h。
3.根据权利要求1所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述有机膨润土主要由以下方法制备得到：
(1)将原膨润土加入盐酸与硫酸组成的混酸溶液中，原膨润土与混酸溶液的质量/体积比为1∶6～10，充分搅拌后，得到膨润土混酸溶液;
(2)将质量比为25～30∶9～12∶1的十六烷基三甲基溴化铵、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺加入膨润土混酸溶液中，其中十六烷基三甲基溴化铵与步骤(1)中原膨润土的质量比为1∶25～40，将所得混合液于60℃～80℃的温度下反应4h～5h，对所得产物进行压滤，得到压滤沉淀物与压滤液，用AgNO3溶液对压滤液进行检测，若压滤液中产生沉淀，则将压滤沉淀物用蒸馏水洗涤后再进行压滤，直至检测到压滤液中无沉淀为止，将最终压滤沉淀物烘干并于90℃～110℃下活化1h～2h，得到有机膨润土。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液的pH值通过酸液或碱液进行调节。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述紫外光源的主波长为365nm。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述曝气是指通过曝气系统向反应液内提供空气，曝气量为0.4L/min～0.6L/min。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述沉淀时间为0.5h～1.0h。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述沉淀物经清洗后得到有机膨润土与TiO2的混合物，所述混合物循环使用2～3次后进行卫生填埋。
说明书
有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法
技术领域
本发明涉及垃圾渗滤液的预处理方法和矿物材料在环保领域的应用，尤其涉及一种结合吸附法和高级氧化法来预处理垃圾渗滤液的方法。
背景技术
目前，卫生填埋法是国内外普遍采用的一种生活垃圾处理方法，但在垃圾填埋过程中产生的垃圾渗滤液是一个棘手的问题。垃圾渗滤液成分复杂，有机物浓度和氨氮浓度高，营养元素比例失衡，可生化性差，水质、水量波动大，若得不到及时有效地处理，容易引起地下水、土壤等二次污染，对整个生态系统和人类健康造成严重威胁。
随着垃圾渗滤液危害的日益显现，越来越多的处理方法和相关工艺得到广泛地发展。目前普遍采用预处理、生物处理和深度处理的工艺流程。
预处理工艺主要目的是降低垃圾渗滤液中氨氮含量，提高可生化性，减轻后续处理工艺的压力。一般采用物化法，具体包括吸附法、絮凝沉淀法、吹脱法、微波法、高级氧化法等。特点在于处理后的出水水质较稳定，对可生化性差的垃圾渗滤液(B/C值<0.25)处理效果明显。
生物处理工艺的对象是垃圾渗滤液中的有机物和氮、磷等，包括厌氧生物处理法和好氧生物处理法。成熟的厌氧生物处理工艺有厌氧滤池、升流式厌氧污泥床、高效厌氧反应器等，好氧生物处理工艺有活性污泥法、生物转盘、氧化塘等。其特点在于操作简单、运行成本低，对于可生化性较好的垃圾渗滤液(B/C值>0.25)处理效果较好，但对于可生化性差的老龄垃圾渗滤液几乎没有处理效果。
深度处理工艺主要是针对垃圾渗滤液中的悬浮物、溶解物和胶体，常见的有土地法及膜处理技术等。土地法主要包括人工湿地法和回灌法，其特点在于施工简单，能耗低，且具有生态效益和经济效益。膜处理技术主要包括纳滤、反渗透等。优点是出水水质好且稳定，无细菌和固形物，反应器耐冲击负荷，剩余污泥量小。缺点是膜组件易堵塞，须定期维护清洗甚至更换，且产生的浓缩液很难处理。
近几年，在实际运用多种膜处理技术时发现，若没有经合适的预处理，将容易损坏处理设备，缩短膜更换周期，提高运行成本。因而对垃圾渗滤液进行合适、高效的预处理，是必要的。物化法不受水质水量变动的影响，常用于垃圾渗滤液的预处理。吸附法是利用材料表面的物化性质使污染物集聚于自身表面，具有操作简单、成本低廉的优点。目前有不少单纯依靠膨润土或改性膨润土为吸附剂，应用于垃圾渗滤液处理的研究，但普遍存在污染物去除效率不高的问题。高级氧化方法是利用氢氧自由基的强氧化性实现污染物的降解，具有脱色除臭、高效彻底的优点。光催化技术作为近些年兴起的一种高级氧化技术，广泛应用于各种废水的处理，由于其高效稳定、无二次污染，因而被视为最有前景的技术之一。将改性膨润土和光催化技术结合应用于垃圾渗滤液的预处理，可以达到经济、高效的处理效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简便、运行稳定、处理效果好且成本投入低的有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种有机膨润土与TiO2联合预处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：将有机膨润土与TiO2投入pH值为4.0～6.0的垃圾渗滤液中进行反应，有机膨润土在垃圾渗滤液中的投加量为2g/L～10g/L，TiO2在垃圾渗滤液中的投加量为0.5g/L～5g/L，反应过程中向反应液内提供紫外光源并进行曝气(反应一般在常温常压下进行)，反应完成后对所得反应产物进行沉淀，得到上清液和沉淀物，所得上清液即为垃圾渗滤液的预处理液，所述预处理液进入后续渗滤液处理系统。
上述的方法中，所述反应时间优选2h～3h。
上述的方法中，所述有机膨润土主要由以下方法制备得到：
(1)将原膨润土加入盐酸与硫酸组成的混酸溶液中，原膨润土与混酸溶液的质量/体积比为1∶6～10(单位为：g/ml)，充分搅拌后，得到膨润土混酸溶液;
(2)将质量比为25～30∶9～12∶1的十六烷基三甲基溴化铵、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺加入膨润土混酸溶液中，其中十六烷基三甲基溴化铵与步骤(1)中原膨润土的质量比为1∶25～40，将所得混合液于60℃～80℃的温度下反应4h～5h，将所得产物进行压滤，得到压滤沉淀物与压滤液，用AgNO3溶液对压滤液进行检测(主要检测压滤液中有无Br-和/或Cl-)，若压滤液中产生沉淀，则将压滤沉淀物用蒸馏水洗涤后再进行压滤，直至检测到压滤液中无沉淀为止，将最终压滤沉淀物烘干并于90℃～110℃下活化1h～2h，得到有机膨润土。
上述的方法中，优选的，所述垃圾渗滤液的pH值由酸液或碱液进行调节，一般选用H2SO4溶液调节。
上述的方法中，所述紫外光源的主波长优选365nm。
上述的方法中，所述曝气是指通过曝气系统向反应液内提供空气，曝气系统提供的曝气量优选0.4L/min～0.6L/min。
上述的方法中，所述沉淀时间优选0.5h～1.0h。
上述的方法中，所述沉淀物经清洗(一般清洗2～3次)后得到有机膨润土与TiO2的混合物，混合物可返至反应器中继续反应，混合物优选循环使用2～3次后进行卫生填埋，清洗的主要目的是去除有机膨润土与TiO2表面附着的污染物质，从而恢复其表面的有效活性部位，清洗有机膨润土与TiO2的洗液可以返至垃圾渗滤液中继续参与反应。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的方法中利用了紫外光源与曝气系统，大幅度降低了垃圾渗滤液中有机污染物和氨氮的含量，减轻了后续处理系统的压力;在反应液中使用紫外光源的照射可以促使光催化反应的顺利进行，此外，还可以对垃圾渗滤液进行杀菌消毒、降低臭味。对反应液进行曝气可以使得反应液内的有机膨润土和TiO2处于悬浮状态，更充分的与污染物接触，有利于对污染物的吸附及反应的顺利进行。
(2)本发明将光催化作用与吸附作用相结合，对垃圾渗滤液的处理效果明显提高，化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)的最高去除率分别可达93%和60%，明显优于单纯依靠有机膨润土吸附或TiO2光催化的处理效果。
(3)本发明的方法可以处理不同填埋龄的垃圾渗滤液，并且随着填埋龄的增长，对垃圾渗滤液的处理能力也愈加明显。
(4)本发明操作简单、管理方便、效果稳定，由于所需反应器少，在工程应用时可以减少构筑物的基建成本;本发明使用的改性有机膨润土价格低廉，与TiO2联合处理垃圾渗滤液时可以重复利用2~3次，降低了运行成本。
(5)本发明的方法二次污染小，最终排出处理系统的废弃物量少。