一種以電催化還原垃圾滲濾液制備醇類的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理與回用領(lǐng)域，具體涉及一種以電催化還原垃圾滲濾液制備醇類的方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液污水的有效治理和有機(jī)資源回用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生產(chǎn)生活水平的不斷提高，產(chǎn)生工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活垃圾的總量也在不斷增多，對(duì)環(huán)境的危害也越來越大，其中以垃圾滲濾液的危害尤為嚴(yán)重。垃圾滲濾液是指垃圾填埋場(chǎng)中，垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場(chǎng)的自然降水及其他水分，在經(jīng)歷垃圾層和覆土層后形成的一種高濃度的有機(jī)廢水。這些水分滲過成分復(fù)雜的垃圾時(shí)，使垃圾發(fā)生分解、溶出、發(fā)酵等反應(yīng)，從而使?jié)B濾液中含有大量有機(jī)污染物、氮、磷和種類繁多的重金屬類物質(zhì)。因此，垃圾滲濾液水質(zhì)復(fù)雜，污染物濃度高，具有極高的潛在風(fēng)險(xiǎn)，如果隔離措施不當(dāng)極易導(dǎo)致垃圾滲濾液滲入地下從而污染地下水，對(duì)周圍居民的正常生活以及作物的健康都造成著嚴(yán)重的影響，不僅如此，垃圾滲濾液會(huì)散發(fā)激烈的惡臭氣味，影響附近居民的感官，會(huì)產(chǎn)生沼氣，影響大氣環(huán)境。因此垃圾滲濾液是環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)處理對(duì)象。
[0003]然而，由于垃圾滲濾液中的污染物種類繁多、來源不一、性質(zhì)變化大、有機(jī)物濃度高，如何高效處理垃圾滲濾液一直是一個(gè)世界性的難題。雖然各國開展研究的時(shí)間已較長，但迄今尚無比較切實(shí)有效的處理方法。目前，國內(nèi)外垃圾滲濾液的處理方案有:與城市污水合并處理(場(chǎng)外處理)，循環(huán)噴灑處理即回灌處理(場(chǎng)內(nèi)處理)，以及建立獨(dú)立的場(chǎng)內(nèi)完全處理等。合并處理將滲濾液引入城市污廢水處理廠進(jìn)行處理。合并處理是簡(jiǎn)單的處理手段，可以節(jié)省單獨(dú)建設(shè)滲濾液處理系統(tǒng)的高額費(fèi)用，然而對(duì)來源不同的垃圾滲濾液的應(yīng)對(duì)手段不夠靈活；回灌法的實(shí)質(zhì)是把填埋場(chǎng)作為一個(gè)以垃圾為填料的厭氧生物濾床對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行生物降解。但回灌法不能徹底消除滲濾液，且容易導(dǎo)致氨氮蓄積，化學(xué)需氧量濃度升高；對(duì)大部分城市垃圾滲濾液來說，受多種客觀因素的限制，只能建立獨(dú)立的場(chǎng)內(nèi)完全處理系統(tǒng)，即采取生化或物化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深度處理，而目前處理垃圾滲濾液的手段較少，成本難以控制。
[0004]專利CN201210086595.8公開了一種垃圾滲濾液的處理方法，包括脫氨氮、絮凝沉淀、電解、電容脫鹽、厭氧處理、好氧處理、膜過濾和膜濃縮液處理等步驟，操作過程較為繁瑣；專利CN201210302109.1公開了一種集成石灰預(yù)處理、氣膜酸吸收、高效多級(jí)AO生化處理和改性炭吸附技術(shù)的垃圾滲濾液處理技術(shù)；專利CN201410103203.3公開了一種以氨氮分子篩分離為核心的生化處理技術(shù)；專利CN201410721418.1則公開了一種垃圾滲濾液零濃縮液深度處理系統(tǒng)及方法，包括絮凝、反硝化、臭氧氧化等步驟?？偟膩碚f，目前的垃圾滲濾液處理工藝較為繁瑣，而且對(duì)于滲濾液中的資源回收不夠充分，亟待開發(fā)新型的垃圾滲濾液處理-回用技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程簡(jiǎn)單、處理成本低、費(fèi)效比高、資源回用充分的垃圾滲濾液處理技術(shù)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，一種以電催化還原垃圾滲濾液制備醇類的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]1、pH 調(diào)節(jié)
[0008]收集化學(xué)需氧量濃度為2000?50000mg/L，pH值為3?5的垃圾滲濾液，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值至9，撇去浮渣，取上清液逐滴加入質(zhì)量濃度為10 %的硫酸，調(diào)節(jié)上清液pH值至2.5 ；
[0009]2、過濾
[0010]將該上清液移入板式過濾機(jī)中，首先以濾紙濾去大粒度的顆粒懸浮物和絮體，再以濾孔直徑為0.45微米的微濾膜濾去微米級(jí)懸浮顆粒物，得到澄清濾液；
[0011]3、加鹽
[0012]向澄清濾液中加入質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉，如有沉淀或浮渣產(chǎn)生，則重復(fù)步驟
2)，直至獲得澄清濾液；
[0013]4、電催化氧化
[0014]將濾液轉(zhuǎn)移至帶質(zhì)子交換膜的電催化反應(yīng)器的陽極室中，在陰極室中充滿與濾液等體積的質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉水溶液，啟動(dòng)直流電源，控制電流密度為5mA/cm2，對(duì)濾液進(jìn)行電催化氧化預(yù)處理，隨時(shí)移除電催化處理過程中產(chǎn)生的浮渣和附著在陽極表面的油泥，反應(yīng)lOmin，破壞大分子有機(jī)物，礦化有毒物質(zhì)并提升酸度，得到經(jīng)氧化預(yù)處理的棕紅色氧化反應(yīng)液；
[0015]5、電催化還原
[0016]將電催化反應(yīng)器的電催化陽極與電催化陰極反接，陽極室與陰極室功能互換，啟動(dòng)直流電源，控制電流密度為25mA/cm2，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行電催化還原以實(shí)現(xiàn)低級(jí)酸向低級(jí)醇的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)30min后，停止反應(yīng)，得到一定醇類轉(zhuǎn)化率的淡黃色還原反應(yīng)液；
[0017]6、醇類精餾
[0018]將還原反應(yīng)液經(jīng)輸液管以蠕動(dòng)栗栗入以三口燒瓶為塔釜再沸器的玻璃精餾塔中，動(dòng)態(tài)調(diào)整塔釜再沸器溫度至精餾塔頭出口的產(chǎn)物物料流出速度為lmL/min，并定時(shí)從塔釜出口移去塔釜再沸器的廢液，并保持液面高度低于1/2處，塔頭所得產(chǎn)物物料即為富含醇類有機(jī)物的產(chǎn)品。
[0019]本發(fā)明的第二技術(shù)方案的，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地限定特征在于所述電催化反應(yīng)器殼體是有機(jī)玻璃材質(zhì)的上開口方形箱體，箱體中間以固定的質(zhì)子交換膜隔開，陰陽兩極均為市售的氧化鉛涂層的形態(tài)穩(wěn)定電極，電極尺寸均為500X 500mm2，分別置于反應(yīng)器陰極室和陽極室內(nèi)，極板間距200mm ；
[0020]本發(fā)明的第三技術(shù)方案的，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地限定特征在于所述精餾塔為市售填充式玻璃精餾塔，塔內(nèi)填料為直徑5mm的金屬拉西環(huán)，塔高600mm，直徑50mm，填料填充率70% ；
[0021]本發(fā)明中所述的電催化氧化/還原是指固定在電極表面或存在于溶液相中的催化劑本身發(fā)生了氧化-還原反應(yīng)，或?yàn)榉磻?yīng)底物的電荷傳遞的媒介體，加速了反應(yīng)底物的電子傳遞，因此也稱為媒介體電催化。其陰極電催化還原反應(yīng)機(jī)理為:
[0022]Ox+e — Red(I)
[0023]Red+S — Ox+P(2)
[0024]式中，Ox及Red分別為催化劑的氧化態(tài)和還原態(tài)，第一步為在電場(chǎng)作用下，催化劑的氧化態(tài)從電極上獲得電子生成催化劑的還原態(tài)Red，而催化劑的還原態(tài)Red與溶液相中的反應(yīng)底物Sub發(fā)生反應(yīng)，形成產(chǎn)物P，同時(shí)催化劑又氧化成氧化態(tài)，進(jìn)一步參與循環(huán)而完成電催化過程。電催化氧化的過程正與電催化還原相反。
[0025]—種以電催化還原垃圾滲濾液制備醇類的方法中，步驟I)、2)、3)的目的在于去除懸浮顆粒物、絮體、重金屬離子、鈣鎂離子等對(duì)反應(yīng)的干擾，步驟4)的目的在于破壞垃圾滲濾液中存在的大量大分子有機(jī)物，特別是腐植酸、富里酸、胡敏酸等既不能被電催化所還原，且容易影響醇類產(chǎn)品品質(zhì)的天然水溶性有機(jī)物，此外，電催化氧化還能降此類大分子有機(jī)物降解成酸類，為電催化還原提供原料，同時(shí)破壞低級(jí)酸類，特別是脂肪酸上的殘基結(jié)構(gòu)，使電催化還原原料成分更為簡(jiǎn)單，進(jìn)一步提高醇類產(chǎn)品品質(zhì)。
[0026]步驟5)中發(fā)生的反應(yīng)如下
[0027]R-C00H+e — R-OH(3)
[0028]發(fā)生類似Bouveault-Blance效應(yīng)的電催化還原反應(yīng)，使低級(jí)酸逐漸還原為低級(jí)醇，但還原過程中由于熱效應(yīng)和酸性效應(yīng)，可能發(fā)生部分酯化反應(yīng)。殘余的酸類、酯類由于沸點(diǎn)較高，可以通過步驟6)中精餾分離的方法脫除掉，生產(chǎn)品質(zhì)較高的富含醇類的產(chǎn)物。
[0029]本發(fā)明專利具有如下有益效果:
[0030]I)可較為徹底地處理垃圾滲濾液，出水指標(biāo)能夠滿足國家《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)要求排放標(biāo)準(zhǔn)；
[0031]2)精餾塔塔頭所得產(chǎn)物物料中，醇類有機(jī)物的質(zhì)量濃度達(dá)75%以上，酯類有機(jī)物為10%以下，酸類有機(jī)物為3%以下，可直接作為燃料燃燒；
[0032]3)本技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，可以適用于現(xiàn)有垃圾滲濾液處理系統(tǒng)的提標(biāo)改造