一种单一铜盐催化过氧化氢降解垃圾渗滤液膜浓缩液的方法

文献发布时间：2023-06-19 09:46:20

技术领域

本发明涉及一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理方法，特别涉及一种利用单一铜盐催化过氧化氢通过多级氧化降解垃圾渗滤液膜浓缩液的方法，属于有机废水处理技术领域。

背景技术

垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有毒有害有机废水，现有技术中主要采用生化+膜处理技术组合工艺进行处理。此过程会产生大量的膜浓缩液。膜浓缩液中含有大量的难降解有机物，盐分高、可生化性差。目前膜浓缩液的处理处置主要包括三种方式：一是转移外运，如回灌法；二是减量化，如蒸发和膜蒸馏等；三是无害化处理，如高级氧化法。回灌会持续富集膜浓缩液中的难降解有机物和盐分，加重垃圾填埋场渗滤液的处理负担，破坏系统的稳定性。蒸发法在高温条件下作业会引起设备腐蚀且能耗高。膜蒸馏法不能真正的降解有机物，产生浓度更高的浓缩液，更加难于处理。高级氧化法可以将有机物矿化为CO

中国专利(公开号CN111453923A)公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理设备及工艺，经过预处理池、第一pH调节池、紫外催化氧化装置、第二pH调节池、沉淀池、反硝化反应池、硝化反应池、MBR反应池等组合工艺后的膜浓缩液可以达标排放，但流程长，耗费大量的化学试剂；中国专利(公开号CN111253013A)公开了一种物化联合生化的处理工艺，首先利用酸析-沉淀处理去除垃圾渗滤液膜浓缩液中的大量腐殖酸，接着经过两级电Fenton氧化处理氧化去除、分解难降解有机物，最后利用电催化氧化处理去除剩余有机物、氨氮和重金属等污染物。虽然出水可以稳定达标排放，但是需要大量的酸调节pH且产生二次沉淀污染物，需要后续处理。中国专利(公开号CN111320316A)公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理方法，依次经电催化氧化、混凝沉淀、超滤和蒸发处理，实现对垃圾渗滤液膜浓缩液的净化处理，电催化氧化过程需要调节pH至3～6，混凝沉淀过程需要调节pH至8～11，消耗大量酸碱试剂且产生沉淀污泥，而且电催化过程和蒸发过程能耗较高。中国专利(公开号CN110818000A)公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液减量化及资源化处理系统和方法，首先利用浸没燃烧蒸发法得到饱和膜浓缩液，然后送至强制循环蒸发结晶器中，在冷却工段降温冷却析出KCl，在蒸发工段析出NaCl。虽然蒸发工艺实现了减量化，制取工业盐阶段实现了资源化，但是高温高压操作条件设备腐蚀严重，能耗高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种采用“Cu(II)催化过氧化氢的均相类芬顿”技术实现垃圾渗滤液膜浓缩液的快速、高效氧化降解处理的方法，该方法充分利用Cu(II)多级催化过氧化氢产生活性氧化物质来实现降解膜浓缩液中的有机物的高效氧化降解，即使在近中性的条件下，也可以达到较好的氧化降解效果，克服了传统芬顿氧化法的有效pH较低(范围为2～4)缺点，同时该反应为均相反应过程，无沉淀污泥产生，且Cu(II)可以多级催化，减少了催化剂用量，节约成本，Cu(II)添加量小于生活垃圾填埋场污染控制标准40mg/L(GB16889-2008)。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种单一铜盐催化过氧化氢降解垃圾渗滤液膜浓缩液的方法，该方法是在垃圾渗滤液膜浓缩液中加入二价铜盐和过氧化氢，控制体系的pH为4～8以及温度为40～60℃的条件下，进行氧化反应。

本发明技术方案在采用二价铜盐作为促进双氧水氧化降解垃圾渗滤液膜浓缩液的过程中，通过控制pH和温度条件，可以实现垃圾渗滤液膜浓缩液的高效快速氧化降解，且该氧化降解反应适应的pH范围较宽，甚至可以在弱酸性或偏中性环境中进行，克服了现有的芬顿氧化过程需要在pH为3左右的酸性条件下进行的缺陷。该氧化降解反应在适当的温度条件下进行，具有快速高效的特点，在4小时左右，即可达到80％以上的高效降解。此外，二价铜盐具有多级催化作用，可以减少催化剂用量，降低成本，且减少铜盐在氧化废液中的残留。

作为一个优选的方案，将过氧化氢分为三个批次加入至垃圾渗滤液膜浓缩液中，依次进行一级氧化反应、二级氧化反应和三级氧化反应；当第一个批次过氧化氢加入至垃圾渗滤液膜浓缩液中完成一级氧化反应，如果一级氧化反应液达到排放标准，则直接排放，如果一级氧化反应液没有达到排放标准，则将第二个批次过氧化氢加入一级氧化反应液中完成二级氧化反应，如果二级氧化反应液达到排放标准，则直接排放，如果二级氧化反应液没有达到排放标准，则将第三个批次过氧化氢加入二级氧化反应液中完成三级氧化反应。

本发明利用铜盐催化过氧化氢降解膜浓缩液的主要原理为：

Cu(II)+H

Cu(I)+H

同时，膜浓缩液中含有高浓度的Cl

Cu(II)-Cl

Cu(I)-Cl

根据上述反应原理，可以看出，铜盐可以催化双氧水连续进行三级氧化反应。

本发明的铜盐优选为CuSO

作为一个优选的方案，三个批次中过氧化氢的加入量为理论量需求量的0.5～3倍，其中，理论需求量为1摩尔COD完全氧化成水和二氧化碳所需要过氧化氢的摩尔量。作为进一步优选，三个批次中过氧化氢的加入量为理论量需求量的1～2倍。

作为一个优选的方案，三个批次中二价铜盐和过氧化氢的摩尔比均为1:10～5000。作为进一步优选，二价铜盐和过氧化氢的摩尔比为1:1000～2000。

作为一个优选的方案，氧化反应过程中，控制体系的pH为5～7，温度为45～55℃。

作为一个优选的方案，所述氧化反应过程中加入卤素离子促进氧化反应。

作为一个优选的方案，所述卤素离子为Cl

作为一个优选的方案，所述垃圾渗滤液膜浓缩液的初始COD为1000～8000mg/L，TOC为800～2000mg/L。

相对于现有技术，本发明的技术方案具有以下优势：

1、本发明利用Cu(II)催化H

2、本发明克服了传统Fenton法在强酸性条件下才有效果的缺点，在pH＝5的条件下COD的去除率可以达到80％以上。

3、本发明的类芬顿过程引入铜盐量少、成本低，且Cu(II)小于生活垃圾填埋场污染控制标准40mg/L(GB16889-2008)，无二次污染。

4、本发明技术方案步骤简单，反应条件温和，设备运行维护简单，处理效率高，有利于工业化应用。

5、本发明可以采用单一的铜盐作为催化剂，且可以连续进行多级氧化，大幅度降低催化剂使用量。

6、本发明通过可以通过温度控制以及卤素离子来促进氧化反应，大幅度缩短氧化反应时间。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温下加入0.0225gCuSO

对照实施例1

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温下加入0.02254gCuSO

对比实施例2

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温下加入0.0225gCuSO

实施例2

取COD浓度为3356mg/L、TOC浓度为785mg/L以及pH值为8.2的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温下加入0.0281gCuSO

实施例3

取COD浓度为3459.58mg/L、TOC浓度为857mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温条件下加入0.0169g CuSO

实施例4

实施例5

对比实施例3

实施例6

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，在室温条件下加入0.0225gCuSO

实施例7

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，加入0.0225gCuSO

实施例8

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，加入0.0225g CuSO

实施例9

取COD浓度为1633mg/L、TOC浓度为705mg/L以及pH值为8.3的某垃圾填埋场产生的经NF+RO处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液200mL于500mL烧杯中，加入0.0225g CuSO

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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
专利发明人：周康根;陈伟;彭长宏;滕春英;赵堃祺;狄国勋;余承红;吴班;
专利申请人：湖南中金岭南康盟环保科技有限公司;中南大学;