專利名稱：一種分離固廢中的重金屬組分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重金屬污染物中重金屬組分的去除或分離方法，可用于重金屬污染物的無害化及資源化處理，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市污泥、河道污泥、冶金礦渣、垃圾焚燒爐灰渣、電鍍污泥、線路板廢水處理污泥等固廢均含有不同含量和成分的重金屬，如不對其進行無害化及資源化處理，不但會造成重金屬污染，而且還會浪費重金屬資源。隨著工業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，各種重金屬廢棄物的產(chǎn)生量也會不斷增加，這對環(huán)境安全提出了越來越大的挑戰(zhàn)，對土壤和水環(huán)境的保護構(gòu)成了不斷加劇的威脅。因此，重金屬廢棄物的有效處理問題越來越得到全社會的關(guān)注。固廢中重金屬的去除方法包括有機酸和無機酸的浸取，螯合劑的螯合，生物淋濾， 電動修復(fù)和超臨界流體萃取等技術(shù)。在這些技術(shù)中，加酸浸取去除法以處理操作過程簡易、 環(huán)境風(fēng)險小以及大規(guī)模應(yīng)用可行性高等優(yōu)勢而備受關(guān)注。但加酸浸取去除法，能量轉(zhuǎn)換效率較低、浸取效果較差、酸用量較多等問題，直接影響了重金屬的浸取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于建立一種高效率、低能耗的超聲和水力空化耦合協(xié)同浸取重金屬的方法，有效解決重金屬污染物中重金屬組分的去除或分離問題。解決的方法是通過脈沖超聲波和水力空化的耦合，以獲得高效率的空化作用，用來強化重金屬離子的浸取過程。 脈沖超聲波由于其產(chǎn)生較少的降低空化強度的微氣泡簇，因而比連續(xù)超聲波產(chǎn)生更強的空化作用和能量轉(zhuǎn)換效率。因此，將脈沖超聲波同水力空化耦合，可以得到更好的空化效果。 而通過調(diào)整超聲波脈沖參數(shù)以及水力空化參數(shù)、水力射流和超聲波發(fā)射源的相對位置，則可以達(dá)到超聲波和水力空化兩種機制的最佳耦合效果。另一方面，通過對固廢的預(yù)處理，將其同水混合成較均勻的漿料，并通過振動篩對漿料進行篩選，減少漿料中固體顆粒的大小， 也可以促進空化作用對浸取過程的強化，達(dá)到理想的浸取效果。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種分離固廢中的重金屬組分的方法，包括如下步驟(1)固廢制漿先將固廢放入制漿釜并加入水充分?jǐn)嚢璧玫焦桃撼浞只旌系臐{料；(2)漿料篩選將混合好的漿料通過400 600目振動篩篩選；(3)預(yù)浸取將篩選出的細(xì)料分成兩部分，第一部分細(xì)料在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入過量的酸，得到高酸度漿料，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分細(xì)料逐漸加入高酸度漿料中，并加入氧化劑；(4)空化浸取控制漿料在脈沖超聲波和水力空化條件下，空化處理5 30分鐘后，物料中的重金屬大部分浸取入液相，完成重金屬組分的分離。所述水力空化采用水力空化機構(gòu)，水力空化機構(gòu)為孔板、文丘里管、液哨中的一種或幾種的組合。所述組合的種類和數(shù)目、方式根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。所述的脈沖超聲波發(fā)生源置于水力空化機構(gòu)下游。所述脈沖超聲波發(fā)生源與相應(yīng)孔板的距離根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。所述水力空化機構(gòu)的進出口壓力、物料在空化反應(yīng)器的累積停留時間的控制參數(shù)根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。所述超聲波的脈沖周期、占空比、頻率及功率的控制參數(shù)根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。由于空化作用可以產(chǎn)生局部的高速微噴射流，固體顆粒表面在這種高速微噴射流的沖擊下發(fā)生活化，在這種活化的固體表面上，固液相的反應(yīng)過程被加速，因此，空化作用可以較高程度的強化重金屬的浸取過程，因而可以在較低的酸度下得到較好的浸取效果， 減低酸的用量，并有利于其后處理過程。超聲波和水力空化均可以產(chǎn)生空化作用，超聲波產(chǎn)生的空化作用強度較高，但產(chǎn)生空化作用的能耗較高，能量效率低，且空化作用的空間范圍小，難于規(guī)?；?。而水力空化能量效率較高，作用空間范圍大，容易規(guī)模化，但空化作用強度較低，不易產(chǎn)生較好的作用效果。因此，將兩種空化產(chǎn)生方式結(jié)合起來，發(fā)揮其協(xié)同作用，可以得到高效率、低能耗的空化效果。同時，對超聲波的調(diào)制模式、水力空化的產(chǎn)生方式、兩者的結(jié)合方式進行優(yōu)化，以產(chǎn)生最佳的協(xié)同作用。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下特點能量轉(zhuǎn)換效率高、浸取效果好、酸用量少、 浸取后物料含酸量低、容易進行后處理等，很適合于對重金屬污染物的進行無害化及資源化處理。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進行。實施例1某城市污水處理廠的剩余活性污泥含銅量為370mg/kg，含鋅量為1620mg/kg，含鉛量為68aiig/kg，含水量為96. 3%，其去除重金屬的處理工藝如下1.先將污泥加入制漿釜并加入水充分?jǐn)嚢璋胄r，制得固液充分混合的漿料，再將其用濃漿泵抽至400目振動篩進行篩選，篩出的粗料回到制漿釜再制漿。2.將篩選出的細(xì)料分成兩部分，第一部分在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入40%硝酸進行預(yù)浸取，浸取時間為0. 5-1小時，控制浸取終點的pH值為1.5，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分逐漸加入第一部分高酸度漿料中，控制加入的量使得整個浸取過程完成后的PH值為2. 5-3. 0，再攪拌1-1. 5小時。3.將混合的漿料反復(fù)輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應(yīng)器進行空化處理，控制漿料在空化反應(yīng)器內(nèi)的累積停留時間達(dá)到10-15分鐘?？栈幚硗瓿珊螅锪现械闹亟饘俅蟛糠纸∪胍合?。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下水力空化機構(gòu)采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3. 0mm，板厚12mm，孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 085，第二個多孔板孔徑2. 5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 125，兩個多孔板的距離同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2. 5，空化反應(yīng)器進口物料壓力為0. 80Mpa,出口壓力為0. 15Mpa?？栈磻?yīng)器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比1. 5w/cm2，頻率60kH，脈沖周期200ms，占空比為0. 05。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2. Ow/cm2，頻率IOOkH,脈沖周期 150ms,占空比為0. 03。4.將處理好的物料進行固液分離，得到的固相含銅量低于150mg/kg，含鋅量低于 420mg/kg,含鉛量低于230mg/kg，再通過厭氧消化后作為肥料農(nóng)用。而得到的重金屬液相可采用本發(fā)明的重金屬組分的分離方法進行資源的回收處理。實施例2某煉鋅廠冶金礦渣含鋅量為3%，含鐵量為12%，含水量為40%，其回收利用處理工藝如下1.先將礦渣粉碎至600目，再加入制漿釜并加入水使其總含水量達(dá)到90%，充分?jǐn)嚢璋胄r，再將其用濃漿泵抽至600目振動篩進行篩選，篩出的粗料回到制漿釜再制漿。2.將篩選出的細(xì)料分成兩部分，第一部分在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入31%的鹽酸進行預(yù)浸取，浸取時間為1-1. 5小時，控制浸取終點的PH值為1.5，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分逐漸加入第一部分高酸度漿料中， 控制加入的量使得整個浸取過程完成后的PH值為3. 0-3. 5，并加入一定量的雙氧水，使其中的二價鐵及硫化物完全氧化，再攪拌1. 5-2小時。3.將混合的漿料反復(fù)輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應(yīng)器進行空化處理，控制漿料在空化反應(yīng)器內(nèi)的累積停留時間達(dá)到15-20分鐘。空化處理完成后，99%的鋅進入液相，只有0. 的鐵進入固相，鋅和鐵分別在液相和固相中得到分離。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下水力空化機構(gòu)采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3. 0mm，板厚12mm， 孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 080，第一個多孔板孔徑2. 5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 12，兩個多孔板的距離同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2，空化反應(yīng)器進口物料壓力為0. 85Mpa，出口壓力為0. 15Mpa?？栈磻?yīng)器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2w/cm2，頻率60kH，脈沖周期100ms，占空比為0.05。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2. 5w/cm2，頻率IOOkH,脈沖周期 150ms,占空比為0. 03。4.將處理好的物料進行固液分離。5.將固液分離后的液相通過硫化物沉淀銅、鉛后，再將pH值調(diào)至4. 5并使鐵完全沉淀。6.用壓濾機進行固液分離，得到的液相濃縮后可得硫酸鋅產(chǎn)品。7.將固液分離后的固相加入鹽酸，其中的鐵即生成三氯化鐵溶液，再進行固液分
5離，得到的液相通過簡單處理后可作為廢水處理的混凝劑使用。8.分離出的固相中重金屬已經(jīng)得到去除，達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。實施例3某電鍍廠的廢棄污泥含鎳量為2. 1%，含銅量為1. 5%，含鋅量為1. 4%，含鐵量為 2. 5%，含鉻量為3. 0%，含水量為60%，其回收利用處理工藝如下1.先將污泥加入制漿釜充分?jǐn)嚢璋胄r，再將其用濃漿泵抽至600目振動篩進行篩選，篩出的粗料回到制漿釜再制漿。2.將篩選出的細(xì)料在80°C的情況下進行曝氣處理，使其中的二價鐵氧化成為三價鐵。3.將曝氣后的物料分成兩部分，第一部分在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入硫酸進行預(yù)浸取，浸取時間為0. 5-1小時，控制浸取終點的pH值為1. 5，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分逐漸加入第一部分高酸度漿料中，控制加入的量使得第四步空化浸取過程完成后的PH值為3. 2，再攪拌1-1. 5小時。4.將上一步混合的漿料反復(fù)輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應(yīng)器進行空化處理，控制漿料在空化反應(yīng)器內(nèi)的累積停留時間達(dá)到8-10分鐘?？栈幚硗瓿珊?，物料中的銅，鎳，鋅幾乎都被浸出，鉻也部分浸出，但大部分的鉻和鐵仍在浸出渣中。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下水力空化機構(gòu)采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3. 0mm，板厚12mm， 孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 085，第二個多孔板孔徑2. 5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 125，兩個多孔板的距離同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2，空化反應(yīng)器進口物料壓力為0. 75Mpa，出口壓力為0. 15Mpa?？栈磻?yīng)器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比1. 5w/cm2，頻率40kH，脈沖周期200ms，占空比為0. 1。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2. Ow/cm2，頻率60kH，脈沖周期 150ms,占空比為0. 08。5.進行固液分離，在固液分離后的固相中通入水沖洗，將固相中的吸附的銅、鎳、 鋅和鉻洗入水中，產(chǎn)生的沖洗液用于步驟1的制漿過程。6.將沖洗后的固相相通過氧化、堿浸、純化、結(jié)晶后得到濃縮后分別得到重鉻酸鈉
和三氯化鐵產(chǎn)品。7.再將第二步曝氣后的物料在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，逐漸加入第五步固液分離達(dá)到的含銅、鎳、鋅、鉻的液相中，控制加入的量使得下一步空化浸取過程完成后的pH值為4. 0， 再攪拌1-1. 5小時。8.將上一步混合的漿料反復(fù)輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應(yīng)器進行空化處理，控制漿料在空化反應(yīng)器內(nèi)的累積停留時間達(dá)到10-12分鐘?？栈幚硗瓿珊?，液相中的鉻和鐵雜質(zhì)幾乎全部被沉淀至固相中，而大部分的Cu，Ni, Zn仍存在于浸出液中。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下水力空化機構(gòu)采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3. Omm，板厚12mm， 孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 085，第二個多孔板孔徑2. 5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應(yīng)器管道橫截面積之比0. 125，兩個多孔板的距離同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比2，空化反應(yīng)器進口物料壓力為0. 8Mpa，出口壓力為0. 15Mpa?？栈磻?yīng)器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比lw/cm2，頻率40kH，脈沖周期200ms，占空比為0. 1。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應(yīng)器管道橫截面積之比1.5W/cm2，頻率60kH，脈沖周期 150ms,占空比為0. 08。9.進行固液分離，將固液分離的固相濾渣重新返回到第一步。而固液分離后的液相由于幾乎只含有銅、鎳和鋅，可以再通過萃取分離、純化后得到硫酸銅、硫酸鎳、硫酸鋅產(chǎn)
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ΡΠ O上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分離固廢中的重金屬組分的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)固廢制漿先將固廢放入制漿釜并加入水充分?jǐn)嚢璧玫焦桃撼浞只旌系臐{料；(2)漿料篩選將混合好的漿料通過400 600目振動篩篩選；(3)預(yù)浸取將篩選出的細(xì)料分成兩部分，第一部分細(xì)料在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入過量的酸，得到高酸度漿料，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分細(xì)料逐漸加入高酸度漿料中，并加入氧化劑；(4)空化浸取控制漿料在脈沖超聲波和水力空化條件下，空化處理5 30分鐘后，物料中的重金屬大部分浸取入液相，完成重金屬組分的分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水力空化采用水力空化機構(gòu)，水力空化機構(gòu)為孔板、文丘里管、液哨中的一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述組合的種類和數(shù)目、方式根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的脈沖超聲波發(fā)生源置于水力空化機構(gòu)下游。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述脈沖超聲波發(fā)生源與相應(yīng)孔板的距離根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述水力空化機構(gòu)的進出口壓力、物料在空化反應(yīng)器的累積停留時間的控制參數(shù)根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述超聲波的脈沖周期、占空比、頻率及功率的控制參數(shù)根據(jù)物料的性質(zhì)、所含重金屬的種類及含量、處理的要求進行選擇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分離固廢中的重金屬組分的方法，包括如下步驟(1)固廢制漿先將固廢放入制漿釜并加入水充分?jǐn)嚢璧玫焦桃撼浞只旌系臐{料；(2)漿料篩選將混合好的漿料通過400～600目振動篩篩選；(3)預(yù)浸取將篩選出的細(xì)料分成兩部分，第一部分細(xì)料在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，加入過量的酸，得到高酸度漿料，然后再在充分?jǐn)嚢璧那闆r下，將第二部分細(xì)料逐漸加入高酸度漿料中，并加入氧化劑；(4)空化浸取控制漿料在脈沖超聲波和水力空化條件下，空化處理5～30分鐘后，物料中的重金屬大部分浸取入液相，完成重金屬組分的分離。本發(fā)明具有能量轉(zhuǎn)換效率高、浸取效果好、酸用量少、浸取后物料含酸量低、容易進行后處理的特點。
文檔編號C22B3/04GK102534224SQ201210028109
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者謝逢春, 馬陽 申請人:華南理工大學(xué)