申請日2013.08.28
公開(公告)日2015.03.18
IPC分類號(hào)B01J20/20; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)及水處理工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于處理老化垃圾滲濾液的改性焦炭及其制備方法和處理方法。本發(fā)明是以兼具多孔性，吸附性及可燃性的工業(yè)焦炭為載體，采用堿-酸活化結(jié)合Cu2+和酞酸丁酯縮聚物的表面化學(xué)復(fù)合改性技術(shù)，制備適用于處理老化垃圾滲濾液的吸附凈化改性焦炭材料。它不僅對污水中的有機(jī)污染物及氨氮分子的選擇性吸附脫除作用明顯，而且使用過后仍可作為燃料回收，故廢渣無后處理問題。
權(quán)利要求書
1.一種用于處理老化垃圾滲濾液的改性焦炭的制備方法，其特征在于：所述 方法包括以下步驟：
(1)焦炭的活化：將焦炭研成細(xì)顆粒粉末狀，過150～200目孔徑的篩，過篩 粉末用稀堿液煮沸，冷卻，過濾，將濾出的粉末在常用溫下添加到預(yù)先 溶有銅鹽的稀硝酸溶液中，浸泡反應(yīng)，過濾，濾出的粉末水洗至pH為 中性，干燥，得到活性焦炭。
(2)活性焦炭的改性：向酞酸丁酯縮聚物的溶液中加入活性焦炭，恒溫緩慢 攪拌，浸泡反應(yīng)一段時(shí)間，過濾，干燥，得到改性焦炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：步驟1中所述 的稀堿液的濃度為2～5%，所述煮沸時(shí)間為15min，所述溶有銅鹽的稀硝酸 溶液中，按質(zhì)量百分比濃度銅鹽為3～8%，稀硝酸為3～10%，所述浸泡反 應(yīng)時(shí)間為2h，所述的干燥溫度為105℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：所述的稀堿液 為氫氧化鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：步驟2中所述 的酞酸丁酯縮聚物的溶液的制備方法為取酞酸丁酯(工業(yè)純級(jí))與乙醇(工 業(yè)純級(jí))的體積比為：1：4.5～1：5.0，混合，常溫?cái)嚢柚寥芙�，再向其�?加入適量的硝酸鐵，用稀硝酸調(diào)整pH=2-3，常溫下攪拌30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：步驟2所述的 恒溫溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為4h，干燥溫度為105℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：步驟1中所述 的焦炭為冶金工業(yè)用的煤質(zhì)焦炭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性焦炭的制備方法，其特征在于：步驟2所述的 銅鹽為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅中的任一種或幾種的混合物。
8.一種改性焦炭，其特征在于：所述的改性焦炭通過權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所 述的制備方法制得。
9.一種改性焦炭用于處理老化垃圾滲濾液的方法，其特征在于：采用反應(yīng)吸 附床層法或反應(yīng)釜攪拌吸附法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的改性焦炭用于處理老化垃圾滲濾液的方法，其特征 在于：所述的反應(yīng)吸附床層法是指老化垃圾滲濾液從吸附床層的一端流入 后再從另一端流出，水通過吸附床層的流量及滯留時(shí)間將根據(jù)水質(zhì)的污染 程度由流量泵控制的方法;所述的反應(yīng)釜攪拌吸附法是指改性焦炭與老化 垃圾滲濾液在反應(yīng)容器內(nèi)，通過連續(xù)的攪拌混合來增加二者的接觸和促進(jìn) 污染物分子及質(zhì)點(diǎn)在焦炭改性表面的吸附過程，其處理效率將根據(jù)水質(zhì)的 污染程度通過控制攪拌速度及反應(yīng)時(shí)間等因素來決定的方法。
說明書
一種用于處理老化垃圾滲濾液的改性焦炭及其制備方法和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)及水處理工程領(lǐng)域，尤其涉及垃圾老化滲濾液吸附 處理技術(shù)及材料，具體涉及一種用于處理老化垃圾滲濾液的改性焦炭及其制 備方法和處理方法。
背景技術(shù)
普通垃圾滲濾液是一種成分十分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其CODcr，氨氮 及重金屬離子等污染物的濃度均顯著高于一般城市污水，采用通常的生化處 理方法無法使之出水達(dá)標(biāo)，必須外加其它物理-化學(xué)處理方法。
廣義上的老化垃圾滲濾液包括在填埋場垃圾填埋時(shí)間很長的滲濾液，以 及普通垃圾滲濾液在水處理廠經(jīng)生化降解處理過的非達(dá)標(biāo)出水，其共同點(diǎn)在 于均經(jīng)歷過相對充分及完全的微生物降解過程，即使再延長生化反應(yīng)時(shí)間或 改變條件它們的CODcr不再發(fā)生顯著地改變。按照目前的生化處理工藝，垃圾 滲濾液的CODcr一般最大只能降至500～600mg/L左右。其原因在于，滲濾液 中微生物代謝產(chǎn)物，有機(jī)污染物分子的降解物，高濃度氨氮，以及C/N比失 調(diào)對微生物活性逐漸增加的抑制作用，當(dāng)BOD5/CODcr小于0.3時(shí)水的可生化 性接近極限。
對于老化垃圾滲濾液的處理必須采用其它方法，包含高級(jí)氧化(AOP)及反 應(yīng)吸附處理技術(shù)等。
光催化氧化，催化濕式氧化，F(xiàn)enton氧化，活性炭-H2O2催化氧化，電 化學(xué)氧化，以及微波，超聲波，等離子體等污染物分子降解技術(shù)均屬于AOP 方法類，該法的主要缺陷是處理成本，以及對設(shè)備與工藝條件要求均較高。
對于反應(yīng)吸附技術(shù)，有關(guān)處理普通垃圾滲濾液的專利技術(shù)已有公開的報(bào) 道，如CN1751992，2006年3月29日公開的“一種用于處理垃圾滲濾液的改性 膨潤土及其制造方法”，CN1680016，2005年10月12日公開的“提高紅輝沸石 去除垃圾滲濾液中有機(jī)物能力的方法”，CN1730415，2006年2月8日公開的“以 硅藻土及UASB為核心的垃圾滲濾液處理工藝”，CN1607009，2005年4月20日 公開的“腐植酸鈉/鉀作為生化除臭劑用于垃圾除臭、除臭劑制備及除臭方法” 等。但它們普遍存在的問題是失效吸附載體的如何后處理，即若再生回用則 將增加工序及處理成本，若不處理直接丟棄或填埋則污染物又重新被轉(zhuǎn)移回 環(huán)境。
有關(guān)反應(yīng)吸附法處理老化垃圾滲濾液的公開文獻(xiàn)報(bào)道較為鮮見。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在基于工業(yè)焦炭的多孔性，吸附性及可燃性的特點(diǎn)，借 助化學(xué)復(fù)合改性技術(shù)，獲得一種能夠用于老化垃圾滲濾液處理的高效吸附改 性焦炭材料，同時(shí)解決傳統(tǒng)吸附材料的后處理問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種本發(fā)明改性焦炭材料的制備方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種本發(fā)明改性焦炭用于老化垃圾滲濾液 的處理方法。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種用于處理老化垃圾滲濾液的改性焦炭的制備方法，所述方法包括以下步 驟：
(1)焦炭的活化：將焦炭研成細(xì)顆粒粉末狀，過150～200目孔徑的篩，過篩 粉末用稀堿液煮沸，冷卻，過濾，將濾出的粉末在常用溫下添加到預(yù)先 溶有銅鹽的稀硝酸溶液中，浸泡反應(yīng)，過濾，濾出的粉末水洗至pH為 中性，干燥，得到活性焦炭。
(2)活性焦炭的改性：向酞酸丁酯縮聚物的溶液中加入活性焦炭，恒溫，緩 慢攪拌，浸泡反應(yīng)一段時(shí)間，過濾，干燥，得到改性焦炭。
優(yōu)選的，步驟1中所述的稀堿液的濃度為2～5%，所述煮沸時(shí)間為15min， 所述溶有銅鹽的稀硝酸溶液中，按質(zhì)量百分比濃度銅鹽為3～8%，稀硝酸為
3～10%，所述浸泡反應(yīng)時(shí)間為2h，所述的干燥溫度為105℃。
優(yōu)選的，稀堿液為氫氧化鈉。
優(yōu)選的，步驟2中所述的酞酸丁酯縮聚物的溶液的制備方法為：按投料 比，取酞酸丁酯(工業(yè)純級(jí))與乙醇(工業(yè)純級(jí))的體積比為：1：4.5～1：5.0， 混合，常溫?cái)嚢柚寥芙�，再向其中加入適量的硝酸鐵，用稀硝酸調(diào)整pH=2-3， 常溫下攪拌30分鐘。
優(yōu)選的，步驟2所述的恒溫溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為4h，干燥溫度為 105℃。
優(yōu)選的，步驟1中所述的焦炭為冶金工業(yè)用的煤質(zhì)焦炭。
優(yōu)選的，步驟2所述的銅鹽為可硝酸銅、氯化銅、硫酸銅中的任一種或 幾種的混合物。
當(dāng)然，所述焦炭的活化以及改性不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí) 際情況及需要，合理的調(diào)整焦炭活化以及改性的工藝條件，例如恒溫的溫度、 反應(yīng)時(shí)間、干燥的溫度等。
一種改性焦炭，所述的改性焦炭通過上述所述的制備方法制得。
一種改性焦炭用于處理老化垃圾滲濾液的方法，采用反應(yīng)吸附床層法或 反應(yīng)釜攪拌吸附法。
所述的反應(yīng)吸附床層法是指老化垃圾滲濾液從吸附床層的一端流入后再 從另一端流出，水通過吸附床層的流量及滯留時(shí)間將根據(jù)水質(zhì)的污染程度由 流量泵控制的方法;所述的反應(yīng)釜攪拌吸附法是指改性焦炭與老化垃圾滲濾 液在反應(yīng)容器內(nèi)，通過連續(xù)的攪拌混合來增加二者的接觸和促進(jìn)污染物分子 及質(zhì)點(diǎn)在焦炭改性表面的吸附過程，其處理效率將根據(jù)水質(zhì)的污染程度通過 控制攪拌速度及反應(yīng)時(shí)間等因素來決定的方法。
由上可見，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，有如下有益效果：
1)采用了堿溶結(jié)合酸溶的復(fù)合活化技術(shù)，去除了煤焦油的有機(jī)質(zhì)，無 機(jī)酸堿可溶物雜質(zhì)，極大地拓展了焦炭的孔道與吸附比表面，增大了吸附容 量和能力。
2)采用了Cu2+及酞酸丁酯縮聚物在活性焦炭表面的化學(xué)復(fù)合改性技術(shù)， 極大地增強(qiáng)了吸附載體對氨氮及有機(jī)污染物分子的選擇性吸附能力和飽和吸 附量。
3)用過的吸附載體焦炭可連同被富集的有機(jī)污染物一道被燒掉，沒增加 吸附載體的成本，資源被合理利用，同時(shí)解決了傳統(tǒng)吸附載體的后處理問題。
4)在工業(yè)上往往將老化垃圾滲濾液直接蒸發(fā)后焚燒掉，能耗及處理費(fèi)用 很高，本發(fā)明可單獨(dú)或結(jié)合其它深度處理技術(shù)解決老化垃圾滲濾液處理難度 大的問題。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例 以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1，改性焦炭產(chǎn)品的制備
取工業(yè)焦炭研成細(xì)顆粒粉末狀后過200目篩，將篩分后粉末1kg放入到2L 的5%氫氧化鈉稀堿液加熱釜中煮沸15分鐘，冷卻，過濾。
將堿煮后的焦炭粉末投入到在預(yù)先溶解有濃度為3～8%硝酸銅的3～ 10%的稀硝酸溶液攪拌搪瓷反應(yīng)釜中，常溫下浸泡2小時(shí)后過濾，分離，用水 洗至pH為中性，置于105℃下干燥箱中烘干備用。
取酞酸丁酯(工業(yè)純級(jí))1.7L加入到預(yù)先盛裝有8L乙醇(工業(yè)純級(jí))的 反應(yīng)釜中，常溫?cái)嚢柚寥芙夂蠹尤胂跛徼F30g，用稀硝酸調(diào)整pH=2-3，常溫 下攪拌30分鐘后再向反應(yīng)液中加入活性焦炭1kg，在50℃下緩慢攪拌反應(yīng)4 小時(shí)后，過濾，105℃下烘干即得改性焦炭產(chǎn)品。
實(shí)施實(shí)例2，不同老化垃圾滲濾液的處理試驗(yàn)
將通過上述步驟制得的改性焦炭產(chǎn)品1kg放入到直徑為20cm的過濾柱 中，填實(shí)。
將高位槽中20L垃圾滲濾液的pH調(diào)至8左右，然后將其由上部導(dǎo)管流入，緩 慢通過焦炭反應(yīng)吸附柱后由下部導(dǎo)管流出，流速由流量閥控制，流量為 0.8m/h。滲濾液分別取自垃圾填埋場以及垃圾滲濾液處理廠生化處理工序的出 口處。試驗(yàn)測試結(jié)果見表1。
結(jié)果表明，經(jīng)改性后的焦炭對經(jīng)不同生物方式降解后的老化垃 圾滲濾液的CODcr，NH+4-N及色度等水質(zhì)指標(biāo)均具有明顯的效果。 飽和吸附后的廢焦炭仍然可以作為燃料回收，無后處理問題。
