CN102583894A - 磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法 - Google Patents

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许育新
奚辉
景金富
陈喜靖
安文浩
陈晓旸
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Abstract

本发明公开了磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法，属于环境废弃物的处理技术领域。方法包括：(1)垃圾渗滤液的生物处理；(2)磁性碳催化剂的制备；(3)催化臭氧氧化处理等步骤。本发明通过加入磁性碳催化剂，充分利用催化剂的吸附性能和催化特性，在吸附和催化臭氧氧化的协同作用下，使出水达到了COD≤100mg/L、色度≤40倍的国家排放标准，并利用磁性碳材料本身具有的磁性特性，解决了催化剂分离、回收、再利用的难题。本发明可在城镇地区生活垃圾渗滤液尾水的深度处理中推广应用。

Description

磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法
技术领域
本发明涉及环境废弃物的处理技术领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液尾水的深度处理方法。
背景技术
垃圾渗滤液成分复杂、有机物含量高、色度深且恶臭、化学需氧量(COD)高，而生化需氧量(BOD5)相对较低，可生化性差。目前我国垃圾渗滤液的处理大部分仍然采用预处理+好氧生物处理的传统二级工艺，由于常规生物处理对有毒有害难生物降解有机物的处理能力有限，因此一般生物处理后出水(又称生活垃圾渗滤液尾水)中的有机物含量仍然较高(COD高达数百mg/L)，而BOD5/COD很低，且C∶N∶P比例严重失调，极难进一步生物降解，同时NH4 +、NO3 -等无机氮和部分重金属含量较高，只能达到原国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-1997中的三级排放标准(COD≤1000mg/L)，故必须纳入污水管道。但随着我国环境保护力度的加大，对污染物排放标准日趋严格，在2008年7月实施的新国家标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008中，大幅提高了对垃圾渗滤液中污染物的排放限值，其中COD的排放限值要求≤100mg/L，色度≤40倍。因此，按传统二级生化工艺处理的垃圾渗滤液尾水的各项指标必然难以达到GB16889-2008规定的排放限值，而需要在填埋场内将垃圾渗滤液尾水进行深度处理，以进一步降低尾水中的有机污染物含量。
垃圾渗滤液尾水的深度处理技术包括膜分离、吸附法、化学氧化等。其中，膜分离技术处理效果虽然较好，但其一次性投资费用很高、技术难度较大、膜***清洗困难、反冲洗需水量很大、膜寿命较短，同时还存在对浓缩物的处理问题；吸附法只是将污染物从水相转移至固相中，并不能将其彻底去除，易形成二次污染，并且吸附剂再生能耗大。臭氧氧化法虽能将废水中的有机物进行氧化去除，但由于尾水中难降解腐殖质等有机物的抗氧化能力较强，使单独臭氧氧化法仍存在有氧化速率慢、利用效率低、难以彻底矿化污染物等缺陷，导致有机物去除效果有限，且出水水质难以达到排放标准。因此，涉及面广泛的垃圾渗滤液处理工作亟待采用更经济高效的深度处理技术和工艺，以满足对垃圾渗滤液的达标处理和对废水回用的需求。
发明内容
本发明目的是，针对传统吸附法和单独臭氧氧化法在工艺和经济效益上的不足，提供一种工艺简便、成本低廉、对各类尾水适应性强、臭氧氧化能力与臭氧利用效率较高，能提高垃圾渗滤液尾水中难降解有机物去除效能的磁性碳催化臭氧氧化处理方法。
本发明目的通过以下技术方案得以实现：
磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法，该方法按以下步骤进行：
(1)垃圾渗滤液的生物预处理：对填埋场收集的垃圾渗滤液按常规进行厌氧-好氧的二级生物处理，使处理后尾水的COD≤300毫克/升，色度≤100倍后，备用；
(2)磁性碳催化剂的制备：分别配制浓度为0.5mol/L的硝酸亚铁和硝酸锰溶液后，并将该两溶液按体积0.5-2∶1比例混合成浸渍液；将颗粒活性炭与浸渍液按质量体积0.1-0.2kg∶1.0L比例进行混合、浸渍24小时，捞出固相成分用去离子水冲洗3-5次，抽滤后于105-125℃烘干至恒重；放入马弗炉中在氮气保护下于400-500℃焙烧4-6h得磁性碳催化剂，冷却后备用；
(3)催化臭氧氧化处理：将磁性碳催化剂与臭氧及步骤(1)生物预处理后的垃圾渗滤液尾水按质量体积1-2g∶10-20mg/min∶1L比例投入密闭的催化臭氧反应池中，在室温条件下反应30-60分钟至出水达到COD≤100mg/L、色度≤40倍的国家排放标准。
所述颗粒活性炭的颗粒度为过15-60目筛。
本发明的有益效果是：
1、由于本发明采用固相磁性碳催化剂，促进臭氧在溶液中分解生成更高活性的强氧化性羟基自由基，以降解废水中的大分子难降解腐殖质类物质，使其转化为小分子化合物，进而得到部分或完全矿化，实现垃圾渗滤液尾水COD和色度的同时降解；因此与单独臭氧化相比，本发明工艺具有更好的去除垃圾渗滤液尾水中COD和色度的效果。如试验例所示，经催化臭氧化处理后，垃圾渗滤液尾水中COD和色度的去除率分别为74％与81％，而在同条件下单独臭氧化对COD和色度去除率仅分别为43％与56％。
2、由于本发明工艺加入的磁性碳催化剂中的载体活性炭具有对有机物的吸附能力，同时活性炭载体和活性组分金属氧化物都具有催化臭氧氧化的特性，因此集磁性碳催化臭氧氧化法与吸附法两者的优势于一体，既解决了吸附法所存在的吸附剂再生和二次污染的问题，又利用活性炭和金属氧化物的催化性能弥补了单独臭氧化存在的氧化能力不足的缺陷，更大程度提高了对垃圾渗滤液尾水中难降解有机物的去除能力。
3、由于本发明工艺加入的磁性碳催化剂含有一定量的铁氧化物(包括FeO、Fe2O3、Fe3O4)，其中所含有的Fe3O4成分导致该催化材料具有磁性，从而使该催化剂在反应后能容易与溶液实现快速的固液分离并进行回收与再利用，摆脱了传统催化剂从水相中分离回收难的困境。
4、本发明制备催化剂的原料一活性炭和铁锰催化剂的来源丰富，价格低廉，并可长期重复使用，因此处理成本较低。
5、由于本发明的深度处理工艺具有吸附和氧化的协同效应，对生活垃圾渗滤液尾水的水质具有较强的适应性，因此，对不同生活垃圾填埋场渗滤液尾水的深度处理都能够达到相关国家的排放标准。
具体实施方式
通过以下实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容并不局限于此。
对实施例所涉材料的说明：
颗粒活性炭：颗粒度15-60目，江苏永华精细化学品有限公司出品；
硝酸亚铁：产品含量99.5％，晋州市奥泰生物科技有限公司；
硝酸锰：产品含量49.0％～51.0％，上海华精生物高科技有限公司。
臭氧发生器：臭氧发生量2kg/h，青岛国林实业股份有限公司制造。
实施例1：(磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法1)
该方法按以下步骤进行：
(1)垃圾渗滤液的生物预处理：对填埋场收集的垃圾渗滤液进行UASB(上流式厌氧污泥床)-MBR(好氧膜生物反应器)二级组合工艺处理后，尾水的COD为280毫克/升，色度70倍后，备用；
(2)磁性碳催化剂的制备：分别配制浓度为0.5mol/L的硝酸亚铁和硝酸锰溶液后，将硝酸亚铁溶液和硝酸锰溶液按体积50L∶100L比例混合成浸渍液；将颗粒度过15-60目筛的颗粒活性炭与浸渍液按质量体积15kg∶150L比例进行混合、浸渍24小时，捞出固相成分用去离子水冲洗3次，抽滤后于125℃烘干至恒重；放入马弗炉中在氮气保护下于450℃焙烧5h得磁性碳催化剂，冷却后备用；
(3)催化臭氧氧化处理：将磁性碳催化剂与臭氧及步骤(1)生物预处理后的垃圾渗滤液尾水按质量体积1kg∶10g/min∶1000L比例投入密闭的催化臭氧反应池中，在室温条件下反应60分钟至出水COD为85mg/L、色度为20倍的国家排放标准。
实施例2：(磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法2)
本例中，步骤(1)垃圾渗滤液的生物预处理：处理后尾水的COD为160毫克/升，色度为50倍后，备用；步骤(2)磁性碳催化剂的制备：硝酸亚铁和硝酸锰两种溶液按体积50L∶50L比例混合成浸渍液；将颗粒活性炭与浸渍液按质量体积15kg∶100L比例混合、浸渍24小时，捞出用去离子水冲洗4次，抽滤后于115℃烘干至恒重；放入马弗炉中于400℃焙烧6h得磁性碳催化剂；步骤(3)催化臭氧氧化处理：将磁性碳催化剂与臭氧及步骤(1)的垃圾渗滤液尾水按质量体积1.5kg∶15g/min∶1000L比例投入密闭的催化臭氧反应池中，反应45分钟至出水COD为40mg/L、色度为10倍的国家排放标准；其余步骤工艺同于实施例1。
实施例3：(磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法3)
本例中，步骤(1)垃圾渗滤液的生物预处理：处理后尾水的COD为230毫克/升，色度为80倍后，备用；步骤(2)磁性碳催化剂的制备：硝酸亚铁和硝酸锰两种溶液按体积100L∶50L比例混合成浸渍液；将颗粒活性炭与浸渍液按质量体积30kg∶150L比例混合、浸渍24小时，捞出用去离子水冲洗5次，抽滤后于105℃烘干至恒重；放入马弗炉中于500℃焙烧4h得磁性碳催化剂；步骤(3)催化臭氧氧化处理：将磁性碳催化剂与臭氧及步骤(1)的垃圾渗滤液尾水按质量体积2kg∶20g/min∶1000L比例投入密闭的催化臭氧反应池中，反应30分钟至出水COD为60mg/L、色度为15倍的国家排放标准；其余步骤工艺同于实施例1。
试验例：(不同方法处理垃圾渗滤液尾水效果的对比试验)
1、磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水方法：按实施例3的步骤工艺进行；
2、单独臭氧化处理垃圾渗滤液尾水方法：将臭氧与按实施例3步骤(1)生物预处理后的垃圾渗滤液尾水，按实施例3步骤(3)中的投加量体积20g/min∶1000L比例，投入封闭的催化臭氧反应池中，于25℃条件下反应30分钟，取出水测定COD为130mg/L、色度为35倍，不能达到国家排放标准，处理效果显著差于实施例3中催化臭氧氧化的处理效果。

Claims (2)

1.磁性碳催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)垃圾渗滤液的生物预处理：对填埋场收集的垃圾渗滤液按常规进行厌氧-好氧的二级生物处理，使处理后尾水的COD≤300毫克/升，色度≤100倍后，备用；
(2)磁性碳催化剂的制备：分别配制浓度为0.5mol/L的硝酸亚铁和硝酸锰溶液后，将这两种溶液按体积0.5-2∶1比例混合成浸渍液；将颗粒活性炭与浸渍液按质量体积0.1-0.2kg∶1.0L比例进行混合、浸渍24小时，捞出固相成分用去离子水冲洗3-5次，抽滤后于105-125℃烘干至恒重；放入马弗炉中在氮气保护下于400-500℃焙烧4-6h得磁性碳催化剂，冷却后备用；
(3)催化臭氧氧化处理：将磁性碳催化剂与臭氧及步骤(1)生物预处理后的垃圾渗滤液尾水按投加量与体积1-2g∶10-20mg/min∶1L比例投入密闭的催化臭氧反应池中，在室温条件下反应30-60分钟至出水达到COD≤100mg/L、色度≤40倍的国家排放标准。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述颗粒活性炭的颗粒度为过15-60目筛。
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