CN104370403A - 一种垃圾渗滤液深度处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垃圾渗滤液深度处理装置和方法，属于环保行业污水处理技术领域。该发明采用装置主要由调节池，电解槽，水泵，冷凝管，复合抛物式聚光器(CPC)和沉淀池组成。运行时，利用垃圾渗滤液中高浓度的氯离子在电解槽中，经阳极氧化生成次氯酸(HOCl)，在弱酸性的条件下，HOCl在太阳光中紫外线的催化下，以及加入的Fe2+的催化下发生类Fenton反应，产生羟基自由基(?OH)降解垃圾渗滤液中的有机物。反应之后生成的Cl-再次循环至电解槽，经阳极氧化再生成HOCl。该发明方法高效的利用了清洁的太阳能，具有操作方便、绿色环保、成本低廉、处理效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液深度处理装置和方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
目前，垃圾卫生填埋工艺仍然是我国垃圾处理的主要技术，垃圾渗滤液是垃圾在填埋或堆放过程中，经过压实、发酵及外部水渗入而产生的一种高浓度的有机废水，其成分十分复杂，并且受内外环境的影响成分的变化又极大，若不经妥善处理而直接进入环境,会对环境造成严重污染。由于其水质，水量变化都极大，传统的生物和物理化学方法已很难满足要求。
利用Fenton法高级氧化技术处理垃圾渗滤液已有较为完善的研究成果，其中Fenton法能有效地处理垃圾渗滤液中COD的含量已经得到认可。专利号CN101863573 A公开了利用硫酸亚铁和双氧水之间发生的Fenton反应，产生·OH来降解有机物，但需要用到一定量的双氧水等试剂，给治理带来额外的成本。
CN 101723486 B提出了一种含盐、含氯废水的处理方法，利用投加金属催化剂催化电解产生HOCl生成·OH，降解废水中有机物。此方法金属催化剂用量较高，自由基生成率相对较低。
CN 102219328 A提出了一种对渗滤液进行深度处理的光电一体化反应器。利用紫外光光解HOCl产生·OH，处理垃圾渗滤液。此方法需要使用紫外灯，能耗大，且难以进行规模性应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种垃圾渗滤液深度处理装置及方法，以达到更加高效，经济的降解垃圾渗滤液中有机物的目的。
本发明利用渗滤液中高含量的Cl-在电解条件下产生HOCl，紧接着在CPC聚光器汇聚的太阳光中的紫外光和投加的Fe2+的催化下产生具有强氧化性的·OH来处理垃圾渗滤液。
本发明所述的垃圾渗滤液深度处理装置，调节池通过水泵与电解槽相连，电解槽出水通过水泵与CPC聚光器下端连接，CPC聚光器上端依次与冷凝管、阀门Ⅰ、调节池连接，构成回路，同时，冷凝管出水端还通过阀门Ⅱ和沉淀池连接，沉淀池出水端连接阀门Ⅲ。
本发明装置中，电解槽的阳极为Ti/IrO2-RuO2-TiO2，阴极为钛板。CPC聚光器渐伸面为镜面铝板，反应管为石英玻璃管。
其中CPC聚光器设计原理如下：
CPC聚光器是一种静态的集光装置，主要由一根圆柱状的反应管及以反应管为中心的渐伸面组成，光线经渐伸面反射后汇聚到反应管，从而达到聚光的目的。
CPC聚光器的设计如图2所示，S为弧BC上任意一点，RS为圆O的切线，OA与OR夹角为θ，当θ为一特定角θa时，S点为B点。且线段RS长度为ρ。则渐开线AB段及抛物线BC段可由以下方程确定：
ρ＝rθ
其中θa可取60～90°，本发明中取r＝2cm，θa＝60°，且渐伸面材质为镜面铝板，反应管为石英玻璃管，石英玻璃管与地面夹角为37±3°。
本发明的技术原理：
利用垃圾渗滤液中高浓度的氯离子在电解槽中，经阳极氧化生成次氯酸(HOCl)，在弱酸性条件下，HOCl在太阳光中紫外线的催化下，以及与加入的Fe2+发生类Fenton反应，产生羟基自由基(·OH)降解垃圾渗滤液中的有机物。反应之后生成的Cl-再次循环至电解槽，经阳极氧化再生成HOCl。加入的Fe2+与HOCl反应后生成Fe3+，Fe3+循环至电解槽阴极，经阴极还原反应再生成Fe2+。主要反应式如下:
阳极反应:2Cl-→Cl2+2e-
Cl2+H2O→HClO+H++Cl-
阴极反应:Fe3++e-→Fe2+
羟基自由基(·OH)生成反应:
Fe2++HOCl→Fe3++·OH+Gl-
HOCl+hv→·OH+·Gl
有机物的降解反应：
本发明上述装置的具体运行方法如下：
将待处理的渗滤液倒入调节池，并调节pH为弱酸性，加入Fe2+；打开阀门I，关闭阀门Ⅱ，然后打开两个水泵，渗滤液流动形成回路后，打开电解槽上的电源进行电解；同时开启冷凝装置；反应循环处理2～4小时后，打开阀门Ⅱ，关闭阀门I，使处理后的渗滤液进入沉淀池，并将pH调为碱性，絮凝沉淀后打开阀门Ⅲ出水。
上述的本发明方法通过渗滤液中氯离子的电解反应产生大量的活性氯，活性氯在太阳光中紫外线和投入的Fe2+的共同催化下产生大量的羟基自由基，降解渗滤液中的有机物。
所述的渗滤液中，氯离子浓度可为500～100000mg/L，优选1000～100000mg/L。渗滤液的pH可以调节到1～7，优选4～6。
所述的Fe2+可以来自氯化亚铁，硫酸亚铁，硝酸亚铁中一种或几种，当氯离子浓度较高时，优选硫酸亚铁，当氯离子浓度较低时，优选氯化亚铁。其投加量小于3mM，优选0.2～1.5mM。
沉淀池中，出水混凝pH可以为8～11。
CPC聚光器中紫外线强度可以为6mW/cm2以上，优选10mW/cm2以上。
渗滤液的循环反应时刻优选北京时间9～16时。
本装置循环运行时间可以根据原渗滤液COD值，及出水要求而定，优选2～4小时。
沉淀池中出水停留时间为30～60min。
本发明方法的优点在于：
1.处理方法简单，操作方便。
2.利用了渗滤液中的氯离子，只用投加少量的Fe2+，同时降低了渗滤液中氯离子含量，降低了处理成本。
3.使用CPC太阳光集光装置，利用了清洁的太阳能。
4.无二次污染，生成的铁泥可以回收再利用。
附图说明
图1.垃圾渗滤液深度处理装置结构示意图。
其中，1—调节池，2—水泵，3—电解槽，4—磁力搅拌器，5—DC电源，6—CPC聚光器，7—冷凝管，8—阀门Ⅰ，9—阀门Ⅱ，10—沉淀池，11—阀门Ⅲ。
图2.CPC聚光器设计原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
试验废水取自武汉市某垃圾填埋场渗滤液生化出水，其主要特性为：COD500～750mg/L，Cl-3499mg/L，pH 8.9。应用本发明对渗滤液生化出水进行深度处理。
实施例1不同体系处理效果对比
本实验选取了单独电解渗滤液(EC)，太阳光下电解渗滤液(SPEC)及太阳光下加Fe2+同时电解渗滤液(SPEC+Fe2+)三组实验条件进行对比试验。调节池中渗滤液的pH调为5，Fe2+的投加量为0.294mM，电流密度为60mA/cm2，渗滤液的总体积为1.7L，水泵流速为13.65L/h，反应循环时间为2h，出水进入沉淀池，pH调为8进行混凝沉淀。其结果如表1所示：单独电解COD去除率为28.4％，太阳光下电解COD去除率为50.0％，太阳光加Fe2+条件下电解渗滤液COD去除率为61.6％。
表1三种试验条件处理效果对比
实施例2 Fe2+投加量的影响
在太阳光紫外强度为10～12mW/cm2条件下，将CPC放置在太阳直射位置。连接调节池、CPC管、换热器、电解槽、水泵、沉淀池。取1700mL原水至调节池中，用H2SO4调节pH至5。打开水泵，连接电源，电流强度为60mA/cm2。Fe2+的投加量分别为0.059mMFe2+，0.294mMFe2+，0.588mMFe2+。实验进行2h，其结果如表2所示：当Fe2+投加量为0.294mM时，COD的去除率最大为61.6％，这是由于当Fe2+过少时不利于催化HOCl反应生成羟基自由基，当Fe2+过多时，导致溶液中絮状物质增多，颜色加深，不利于紫外线吸收。
表2.Fe2+投加量对COD处理效果影响
实施例3电流密度的影响
选取电流密度分别为20，40，60mA/cm2，Fe2+投加量为0.5mmol，其余操作条件同上，其结果如表3所示：三种电流密度条件下COD去除率依次为31.0％，52.2％和61.6％。说明电流密度的提高有助于渗滤液中有机物的降解。
表3.电流密度对COD处理效果影响
由以上实施例可以看出，太阳光中紫外线和投加的Fe2+极大的强化了电解对渗滤液中COD的去除效果，且成本较低。主要控制参数为Fe2+的投加量和电流密度，其中由于Fe2+可以在阴极再生，所需Fe2+的投加量很低，电流密度可以根据不同渗滤液初始COD值进行合理调节，操作方便，效率高。
Claims (10)
1.一种垃圾渗滤液中有机污染物深度处理装置，其特征在于，调节池通过水泵与电解槽相连，电解槽出水通过水泵与CPC聚光器下端连接，CPC聚光器上端依次与冷凝管、阀门Ⅰ、调节池连接，构成回路，同时，冷凝管出水端还通过阀门Ⅱ和沉淀池连接，沉淀池出水端连接阀门Ⅲ。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电解槽的阳极为Ti/IrO2-RuO2-TiO2，阴极为钛板。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，CPC聚光器渐伸面为镜面铝板，反应管为石英玻璃管。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，石英玻璃管与地面夹角为37±3°。
5. 使用权利要求1所述的装置处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于：
将待处理的渗滤液倒入调节池，并调节pH为弱酸性，加入Fe2+；打开阀门І，关闭阀门Ⅱ，然后打开两个水泵，渗滤液流动形成回路后，打开电解槽上的电源进行电解；同时开启冷凝装置；反应循环处理2~4小时后，打开阀门Ⅱ，关闭阀门І，使处理后的渗滤液进入沉淀池，并将pH调为碱性，絮凝沉淀后打开阀门Ⅲ出水。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的渗滤液中，氯离子浓度为1000～100000mg/L，渗滤液的pH调节到4～6。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的Fe2+来自氯化亚铁，硫酸亚铁，硝酸亚铁中一种或几种，其投加量0.2~1.5mM。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，本装置反应时刻为北京时间9～16时，CPC聚光器中紫外线强度为6mW/cm2以上。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉淀池中，出水混凝pH为8～11。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉淀池中出水停留时间为30～60min。
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