申请日2014.09.25
公开(公告)日2016.03.30
IPC分类号C02F11/00; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种污泥重金属的处理方法，所述方法包括：将污泥调节至中性或酸性，在污泥中加入浸提剂，搅拌后进行首次固液分离，并在得到的分离液中加入沉淀剂，然后进行二次固液分离，其中，所述浸提剂为乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五乙酸和磷酸的混合物。本发明的方法对设备要求简单、资源消耗少、成本低、处理条件温和，对重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd有很好的处理效果。
权利要求书
1.一种污泥重金属的处理方法，其特征在于，所述方法包括：将污泥调节至中性或酸性，在污泥中加入浸提剂，搅拌后进行首次固液分离，并在得到的分离液中加入沉淀剂，然后进行二次固液分离，其中，所述浸提剂为乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五乙酸和磷酸的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浸提剂中，二乙烯三胺五乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和磷酸的摩尔比为1：2.5-3.5：0.05-0.15。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以摩尔量计，所述浸提剂的加入量为污泥中重金属总摩尔量的1.5-3倍，所述重金属为Ni、Cu、Pb、Zn和Cd。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将污泥调节至pH值为5-7。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：在向污泥中加入浸提剂之后并在搅拌之前，进行超声处理，超声处理的条件包括：超声时间为20-40min，超声频率为100-150W。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述搅拌的条件包括：搅拌的时间为12-24h，搅拌速度为300-350rpm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉淀剂为硫化钠、硫化钾和硫化铵中的一种或多种。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，以摩尔量计，所述沉淀剂的加入量为分离液中重金属总摩尔量的1.2-2倍，所述重金属为Ni、Cu、Pb、 Zn和Cd。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：直接排放首次固液分离得到的污泥沉淀并用作肥料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将二次固液分离得到的沉淀进行回收处理，将二次固液分离得到的分离液酸化后循环用于污泥重金属的处理。
说明书
一种污泥重金属的处理方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，具体地，涉及一种污泥重金属的处理方法。
背景技术
随着我国经济的快速增长和对环境保护的日益重视，污水处理得到了迅速发展，处理能力及处理率得到不断提高，到“十二五”末期，全国污水日总处理能力将达到1.7亿m3，年处理量达620.5亿m3。按照现在普遍采用的生化法，污水处理将产生污水量0.6重量%左右的剩余污泥，每年将产生含水98%的剩余污泥3.72亿m3，数量庞大。目前对剩余污泥最佳的利用途径是污泥的农用，但是污泥中含有的Ni、Cu、Pb、Zn和Cd等重金属对环境有很大的危害，严重影响污泥的资源化利用。而且污泥中的重金属对环境的危害除了与其总量有关外，更大程度上取决于其形态分布，故污泥重金属形态分布的研究对污泥的开发具有重要指导意义。重金属的生物有效性与重金属的形态有密切关系。一般地，污泥重金属形态可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机物结合态以及残渣态。其中前三种为生物活性态，为不稳定的形态;后两种为稳定态，对环境影响小。因此如何降低不稳定形态或增加稳定形态对处理污泥中的重金属至关重要。
现有技术中去除污泥中重金属的方法主要有化学法、生物法以及固化方法。化学法主要是利用有机酸或无机酸浸出重金属，再除去重金属，但是存在耗酸量大，费用高等缺点;生物法主要是利用氧化亚铁硫杆菌等细菌通过新陈代谢产生酸、消耗硫元素，使污泥中重金属浸出的方法，然而此方法比较耗时，且细菌培养难度较大、对设备要求较高。固化方法主要是往污泥中加入固化剂，将污泥中重金属固定在污泥中形成稳定的形态，但是固化处理 后的污泥破坏了污泥的结构、透水、透气等基本特性，且体积庞大。因此，研发一种对设备要求简单、资源消耗少、成本低、处理条件温和，且对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd有很好的处理效果的污泥重金属处理方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的去除污泥中重金属的方法存在的上述缺陷，提供一种污泥重金属的处理方法，该方法对设备要求简单、资源消耗少、成本低、处理条件温和，且对重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd有很好的处理效果。
本发明的发明人在研究中意外发现，在处理污泥重金属时，将污泥调节至中性或酸性后，在污泥中加入乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五乙酸和磷酸的混合物，搅拌后进行首次固液分离，并在得到的分离液中加入沉淀剂，然后进行二次固液分离，对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd有很好的处理效果，且对设备要求简单、资源消耗少、成本低、处理条件温和。
因此，为了实现上述目的，本发明提供一种污泥重金属的处理方法，所述方法包括：将污泥调节至中性或酸性，在污泥中加入浸提剂，搅拌后进行首次固液分离，并在得到的分离液中加入沉淀剂，然后进行二次固液分离，其中，所述浸提剂为乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五乙酸和磷酸的混合物。
本发明的方法，工艺简单，处理条件温和，重金属生物有效性脱除完全，且经浸提剂浸提后污泥中重金属以稳定态的硫化物及有机物结合态和残渣态存在，对环境没有影响;用酸量低且浸提剂中的螯合剂可循环利用，成本低，处理后的污泥可以直接排放和资源化利用，同时还可以回收重金属。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种污泥重金属的处理方法，该方法包括：将污泥调节至中性或酸性，在污泥中加入浸提剂，搅拌后进行首次固液分离，并在得到的分离液中加入沉淀剂，然后进行二次固液分离，其中，所述浸提剂为乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)和磷酸的混合物。
本领域技术人员应该理解的是，污泥中的重金属一般为Ni、Cu、Pb、Zn和Cd，本发明的方法中，污泥中重金属的量以Ni、Cu、Pb、Zn和Cd的总量计。
本发明的方法中，在将污泥调节至中性或酸性的情况下，出于降低酸耗量的考虑，优选情况下，将污泥调节至pH值为5-7。对于调节污泥的pH值的方法没有特别的限定，只要能够将污泥调节至中性或酸性，优选为调节pH值为5-7即可。例如，可以用酸对污泥的pH值进行调节，所用的酸可以为工业级盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种。
本发明的方法中，为了提高对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd的处理效果，优选情况下，浸提剂中，二乙烯三胺五乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和磷酸的摩尔比为1：2.5-3.5：0.05-0.15。进一步优选地，以摩尔量计，浸提剂的加入量为污泥中重金属总摩尔量的1.5-3倍，重金属为Ni、Cu、Pb、Zn和Cd。本领域技术人员应该理解的是，浸提剂的加入量为浸提剂中乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五乙酸和磷酸的摩尔量之和。
本发明方法中，为了提高对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd的处理效果，优选情况下，将浸提剂溶解于一定量的蒸馏水中形成水溶液，然后将前述水溶液加入污泥中。对于蒸馏水的量没有特别的限定，只要能够使浸提剂完全溶解即可。
本发明方法中，为了提高对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd的处理效果，优选情况下，在污泥中加入浸提剂的方式为在搅拌下加入浸提剂。对于搅拌的条件没有特别的限定，可以为本领域常规的各种搅拌条件。
为了提高对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd的处理效果，本发明的方法还可以包括：在向污泥中加入浸提剂之后并在搅拌之前，进行超声处理，超声处理的条件包括：超声时间为20-40min，超声频率为100-150W。对于超声处理的方法没有特别的限定，可以为本领域常用的各种超声处理方法，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明的方法中，为了提高对污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn、Cd的处理效果，优选情况下，搅拌的条件包括：搅拌的时间为12-24h，搅拌速度为300-350rpm。
本发明的方法中，通过浸提剂的浸提处理，可以将污泥中以不稳定形态存在的含量较高的重金属从污泥中浸提出来，而污泥中以稳定态存在的含量较低的重金属则继续保留在污泥中。具体地，经过前述处理，可以使浸提剂与污泥中以不稳定形态存在的重金属形成可溶性的螯合物和磷酸盐，由于EDTMP、DTPA和磷酸的金属络合物具有很大的稳定常数，可以使以不稳定形态存在的重金属从污泥中去除，形成可溶的金属络合物溶解在上层溶液中，充分浸提后，可以进行固液分离，从而可以将污泥中以不稳定形态存在的重金属和以稳定态存在的重金属进行分离。
本发明的方法中，对于固液分离(包括首次固液分离和二次固液分离)没有特别的限定，可以为本领域常用的各种固液分离的方法，在此不作赘述。
本发明的方法中，首次固液分离得到的污泥沉淀中的重金属都以稳定态存在，且含量较低，可以直接排放和农用，而首次固液分离得到的分离液中则含有重金属。因此，本发明的方法还可以包括：直接排放首次固液分离得到的污泥沉淀并用作肥料。
本发明方法中，对于沉淀剂没有特别的限定，只要能够与首次固液分离得到的分离液中的重金属发生沉淀反应生成更稳定的金属沉淀物即可，优选情况下，沉淀剂为硫化钠、硫化钾和硫化铵中的一种或多种。进一步优选地，以摩尔量计，沉淀剂的加入量为分离液中重金属总摩尔量的1.2-2倍，重金属为Ni、Cu、Pb、Zn和Cd。本领域技术人员应该理解的是，若沉淀剂为硫化钠、硫化钾和硫化铵中的多种，则沉淀剂的加入量为前述多种组分的摩尔量之和。
本发明的方法还可以包括：将二次固液分离得到的沉淀进行回收处理，将二次固液分离得到的分离液(分离液中含有EDTMP、DTPA等)酸化后循环用于污泥重金属的处理。对于回收处理的方法没有特别的限定，可以为本领域常用的各种回收处理方法，均为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。对于将二次固液分离得到的分离液进行酸化的方法没有特别的限定，可以为本领域常用的各种酸化方法，例如可以为在分离液中加入盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种，并将分离液的pH值调节为5-7。
实施例
以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。
以下实施例和对比例中，污泥中重金属Ni、Cu、Pb、Zn和Cd的浸出浓度按照HJ/T299-2007硫酸硝酸法测定。
重金属形态分布的测定采用Tessier法，即，取过120目的风干污泥，采用Tessier五步法测定重金属的形态，具体分布参见TessierA,CampbellPGC,BissonM.Sequentialextractionprocedureforthespeciationofparticulatetracemetals[J].Analyticalchemistry,1979,51(7):844-851.
风干污泥(干基)中重金属Ni、Cu、Pb、Zn和Cd的含量的测定方法为：在1g干基中加入20ml王水，在100℃下加热40min，然后加入2mlHClO4， 在100℃下继续加热20min，静置、冷却，离心后取上清，并按照GB5085.3/2007法用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行测定。
分离液中重金属Ni、Cu、Pb、Zn和Cd的含量按照GB5085.3/2007法用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行测定。
湿污泥样品中含水率通过HJ/T299-2007法测定。
污泥中重金属的浸提率=首次固液分离得到的分离液中的重金属含量(mg/kg)/风干污泥(干基)中重金属含量(mg/kg)×100%。
EDTMP购自东京化工有限公司，牌号为e0393。
DTPA购自国药集团化学试剂有限公司，牌号为XW014001。
湿污泥样品的性质说明
