一種復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，包括兩級(jí)酸反應(yīng)、沉淀、中和，兩級(jí)酸反應(yīng)包括1#酸反應(yīng)池、2#酸反應(yīng)池，其工藝流程為：城市污泥→1#酸反應(yīng)池→2#酸反應(yīng)池→沉淀池→中和池，其特征步驟是城市污泥進(jìn)入1#酸反應(yīng)池，在1#酸反應(yīng)池加入檸檬酸，調(diào)節(jié)pH值1.5~4，攪拌，使檸檬酸與重金屬充分發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道輸送到2#酸反應(yīng)池，在2#酸反應(yīng)池加入天冬氨酸，攪拌，檸檬酸與天冬氨酸在攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用；反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池，污泥排至中和池，沉淀池上清液則進(jìn)行重金屬回收。發(fā)明采用復(fù)合酸浸法去除城市污泥中的重金屬，兩種酸共同作用優(yōu)于單獨(dú)使用某一種酸的去除效果。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水污泥處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市污泥中含有大量的有機(jī)物、豐富的氮磷鉀等植物營(yíng)養(yǎng)成分，是很好的肥源和良好的土壤改良劑，其資源化農(nóng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。同時(shí)污泥中還含有一些有毒物質(zhì)，特別是重金屬元素。在污水處理過(guò)程中，70 %~90 %的重金屬元素通過(guò)吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中，污泥中重金屬元素成為制約污泥資源化利用的關(guān)鍵因素。
[0003]從目前國(guó)內(nèi)外研究和報(bào)道來(lái)看，污泥中重金屬的去除技術(shù)主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、離子交換法、生物淋濾法和植物修復(fù)法等。
[0004]化學(xué)技術(shù)主要是通過(guò)向污泥中投加各種酸和有機(jī)絡(luò)合劑，降低污泥酸度(pH值)或提高污泥的氧化還原電位(Eh )，使污泥中難溶態(tài)和不可溶態(tài)的重金屬化合物向可溶態(tài)的離子態(tài)或絡(luò)合離子態(tài)轉(zhuǎn)化，將土壤和污泥中污染物分離出來(lái)，從而降低污泥中重金屬含量的方法。
[0005]電化學(xué)方法起初用于修復(fù)受重金屬污染的土壤。電化學(xué)法是在土壤或污泥中插入電極，在電極上施加電流，土壤和污泥中的污染物質(zhì)(重金屬離子及其化合物、礦物顆粒、有機(jī)物)在電場(chǎng)作用下通過(guò)電遷移、電滲流或電泳等方式被帶到電極兩端，使污染物遷移出土壤或污泥。利用電化學(xué)方法去除滲透性高、傳導(dǎo)性差的污泥中重金屬，其去除效果差。目前運(yùn)用電化學(xué)方法來(lái)降低城市污泥重金屬含量的報(bào)道較少。
[0006]生物淋濾方法主要利用微生物的累積和吸附作用去除污泥中重金屬，通過(guò)微生物的新陳代謝作用，細(xì)菌的氧化作用降低體系PH值，將污泥中重金屬硫化物及其它不溶性重金屬形態(tài)溶解到液相，轉(zhuǎn)為可溶態(tài)離子，再通過(guò)固液分離達(dá)到去除重金屬的目的。該種方法牽涉到一整套細(xì)菌篩選培養(yǎng)、接種、添加含鐵及含硫底物、攪拌、曝氣等一系列控制較嚴(yán)格工藝，還沒(méi)有在工業(yè)上廣泛使用，另外限制該種方法大規(guī)模運(yùn)用的因素還有生物淋濾滯留時(shí)間較長(zhǎng)。
[0007]化學(xué)酸浸法具有操作簡(jiǎn)單、處理高效快速的優(yōu)點(diǎn)。最常用的化學(xué)試劑是鹽酸、硝酸或硫酸和有機(jī)絡(luò)合劑(如EDTA)等。但選用無(wú)機(jī)酸處理，殘留在污泥中的化學(xué)藥劑會(huì)影響污泥的肥效，而采用有機(jī)酸處理，即使投入的藥劑仍有一部分殘留在污泥中，對(duì)污泥幾乎沒(méi)有副作用。近年來(lái)，利用檸檬酸等有機(jī)酸去除污泥中重金屬的研究成為熱點(diǎn)。
[0008]檸檬酸可用于食品、禽畜生產(chǎn)、化妝品、殺菌，是一種在環(huán)境中易于降解，不會(huì)引起二次污染的有機(jī)酸。檸檬酸與重金屬形成單核、雙核和多核的多齒金屬絡(luò)合物。且檸檬酸可以絡(luò)合多種金屬離子，不具有選擇性。而污水污泥中所含重金屬元素往往不只一種，檸檬酸本身就是一種酸，具有酸化作用，所以用檸檬酸來(lái)去除污泥中重金屬是可行的。檸檬酸作用機(jī)理是檸檬酸在酸浸過(guò)程中，起始時(shí)絡(luò)合作用要大于酸化作用，隨著反應(yīng)的進(jìn)行酸化作用逐漸增強(qiáng)，絡(luò)合作用和酸化作用相輔相成共同作用去除污泥中的重金屬污染物，但是絡(luò)合作用要稍大于酸化作用。
[0009]天冬氨酸也是一種可生物降解的有機(jī)酸，天冬氨酸與金屬離子有較好的配位性能。在化學(xué)性質(zhì)方面，天冬氨酸是一種小分子的有機(jī)酸，能離解出H+和酸根離子；天冬氨酸在溶液中與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，破壞天冬氨酸分解平衡，促使天冬氨酸不斷離解出天冬氨酸根離子和H+,天冬氨酸根與重金屬離子絡(luò)合，質(zhì)子又可以溶解出污泥中的重金屬，所以用天冬氨酸浸出污泥中重金屬是可能的。
[0010]各地城市污泥所含重金屬種類相似，其含量卻相差很大。通常以處理生活污水為主所產(chǎn)生的污泥中重金屬含量較低。對(duì)于重金屬含量較高的污泥，很容易獲得較高的去除率，而對(duì)于重金屬含量較低的城市污泥，其去除難度大幅增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明目的在于針對(duì)化學(xué)法無(wú)機(jī)酸耗酸量大、易帶來(lái)二次污染等問(wèn)題，提供一種既可提高城市污泥中重金屬去除率，又能使處理后的污泥用于資源化利用的復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的方法。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:通過(guò)對(duì)檸檬酸、天冬氨酸單獨(dú)酸浸實(shí)驗(yàn)，分析去除重金屬的影響因素，獲得大量有效數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明檸檬酸和天冬氨酸在一定程度上都能降低污泥中的重金屬含量，但對(duì)重金屬的去除效果有差別。比較0.2mol/L檸檬酸、天冬氨酸對(duì)污泥中重金屬的去除率，檸檬酸對(duì)Zn的去除效果明顯優(yōu)于天冬氨酸，對(duì)Pb和Cr的去除效果也要好一些；相比于檸檬酸，天冬氨酸對(duì)Cu和Cd的去除率要好。
[0013]根據(jù)檸檬酸、天冬氨酸單獨(dú)酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明提出了一種復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的方法，采用帶有攪拌裝置的兩級(jí)酸反應(yīng)、沉淀、中和等工藝和設(shè)備，去除城市污泥中的Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Hg等重金屬。
`[0014]設(shè)備包括1#酸反應(yīng)池、2#酸反應(yīng)池、沉淀池、中和池。
[0015]所述的1#酸反應(yīng)池安裝攪拌泵、在線污泥濃度計(jì)、pH計(jì)、電導(dǎo)率儀，池體上設(shè)加酸
>J-U ρ?α裝直。
[0016]所述的2#酸反應(yīng)池安裝攪拌泵、在線污泥濃度計(jì)、pH計(jì)、電導(dǎo)率儀，池體上設(shè)加酸
>J-U ρ?α裝直。
[0017]所述的1#酸反應(yīng)池與2#酸反應(yīng)池通過(guò)管道連接,2#酸反應(yīng)池與沉淀池通過(guò)管道連接。
[0018]所述的中和池安裝在線pH計(jì)，池體上設(shè)加堿裝置。
[0019]所述的沉淀池與中和池通過(guò)污泥管道連接。
[0020]所述的一種復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的方法，其工藝流程是:城市污泥一酸反應(yīng)I —酸反應(yīng)2 —沉淀一上清液重金屬回收，污泥經(jīng)中和后資源化利用。
[0021]城市污泥通過(guò)污泥管道進(jìn)入1#酸反應(yīng)池，加入檸檬酸，用硝酸調(diào)節(jié)pH，通過(guò)攪拌使檸檬酸與污泥中的重金屬充分作用，去除污泥中所含的部分重金屬。
[0022]1#酸反應(yīng)池的出水通過(guò)管道進(jìn)入2#酸反應(yīng)池，加入天冬氨酸，攪拌。在檸檬酸和天冬氨酸的雙重作用下，在1#酸反應(yīng)池未反應(yīng)的重金屬繼續(xù)與酸發(fā)生作用。
[0023]經(jīng)過(guò)2#酸反應(yīng)池后的混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離。上清液進(jìn)行重金屬回收，污泥排至下一單元。[0024]沉淀池排出的污泥進(jìn)入中和池，加堿、攪拌調(diào)整污泥pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前端酸洗處理。
[0025]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明選用的檸檬酸和天冬氨酸均是可生物降解的天然有機(jī)酸，兩種有機(jī)酸都能有效的去除重金屬的碳酸鹽結(jié)合態(tài)，對(duì)可交換態(tài)、吸附態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和金屬硫化物存在的重金屬都有一定的去除效果；復(fù)合酸浸法對(duì)城市污泥中重金屬的最優(yōu)去除效果:Zn 43.9%, Cu 18.7%, Pb 30.7%, Cd 74.7%, Cr 27.4%, Hg 24.4%。發(fā)明采用復(fù)合酸浸法去除污泥中的重金屬，兩種酸共同作用優(yōu)于單獨(dú)使用某一種酸的去除效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的設(shè)備連接構(gòu)造圖。
[0027]圖2是復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的工藝流程圖。
[0028]圖3是單一檸檬酸或天冬氨酸去除污泥重金屬的工藝流程圖。
[0029]圖4是污水廠污泥基本性質(zhì)圖。
[0030]圖5是檸檬酸濃度對(duì)污泥中重金屬去除率的影響變化圖。
[0031]圖6是天冬氨酸濃度對(duì)污泥中重金屬去除率的影響變化圖。
[0032]圖中:1.進(jìn)泥口；2.1#酸反應(yīng)池；3.加酸裝置I ;4.攪拌泵；5.加酸裝置2 ;
6.管道；7.加酸裝置3 ；8.攪拌泵；9.2#酸反應(yīng)池；10.管道；11.沉淀池；12.中和池；13.加堿裝置；14.管道。 【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0034]一種復(fù)合酸浸法去除污泥中重金屬的設(shè)備，包括1#酸反應(yīng)池2、2#酸反應(yīng)池9、沉淀池11、中和池12 ;管道6連接1#酸反應(yīng)池2、2#酸反應(yīng)池9 ;管道10連接2#酸反應(yīng)池9、沉淀池11 ;沉淀池11通過(guò)管道14連接中和池12。
[0035]1#酸反應(yīng)池2安裝攪拌泵4、在線污泥濃度計(jì)、pH計(jì)、電導(dǎo)率儀，池體上設(shè)加酸裝置3、加酸裝置5 ；2#酸反應(yīng)池9安裝攪拌泵8、在線污泥濃度計(jì)、pH計(jì)、電導(dǎo)率儀，池體上設(shè)加酸裝置7 ;中和池12安裝在線pH計(jì)，池體上設(shè)加堿裝置13。
[0036]城市污泥從進(jìn)泥口 I進(jìn)入；1#酸反應(yīng)池2，用于檸檬酸與部分重金屬發(fā)生反應(yīng)；加酸裝置3，用于加入檸檬酸；攪拌泵4用于攪拌檸檬酸和污泥，;加酸裝置5，用于調(diào)節(jié)pH值；加酸裝置7，用于加入天冬氨酸；攪拌泵8用于攪拌天冬氨酸和污泥；2#酸反應(yīng)池9，在檸檬酸和天冬氨酸復(fù)合作用下去除大部分重金屬；沉淀池11用于沉淀污泥；中和池12、加堿裝置14用于調(diào)整污泥pH值近中性，以達(dá)到資源化利用的目的。
[0037]—種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，工藝流程是:城市污泥從進(jìn)泥口I進(jìn)入1#酸反應(yīng)池2，在1#酸反應(yīng)池2加入檸檬酸，調(diào)節(jié)pH值1.5^4,攪拌使檸檬酸與重金屬充分發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道6輸送到2#酸反應(yīng)池9，加入天冬氨酸后攪拌均勻，檸檬酸與天冬氨酸在攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用。兩種酸與重金屬充分發(fā)生反應(yīng)后，通過(guò)管道10進(jìn)入沉淀池11進(jìn)行泥水分離，污泥排出，上清液則進(jìn)行重金屬回收，排出的污泥通過(guò)管道14進(jìn)入中和池12，調(diào)整污泥pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前端酸洗處理。[0038]實(shí)施例一：選取武漢市二郎廟污水處理廠經(jīng)濃縮壓濾機(jī)脫水后的污泥為處理對(duì)象。
[0039]二郎廟污水廠污泥基本性質(zhì)如圖4。
[0040]工藝流程如圖3。
[0041]城市污泥進(jìn)入酸反應(yīng)池，通過(guò)加酸裝置分別加入0. 0mol/L、0. Imol/L、0. 2 mol/L、 0.4 mol/L、0.8 mol/LU. 0 mol/L的檸檬酸溶液，攪拌12h，以保證達(dá)到化學(xué)平衡。反應(yīng)結(jié) 束后，進(jìn)入沉淀池，污泥排至中和池，上清液則進(jìn)行重金屬回收。沉淀池排出的污泥在中和 池內(nèi)調(diào)整pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前 端酸洗處理。
[0042]檸檬酸對(duì)污泥中重金屬的去除情況如圖5。在檸檬酸濃度0. 1"1. Omol/L范圍內(nèi)， Zn、Cr、Cu的去除率提高不顯著，分別只有32. 5%、7. 8%、〈5%。
[0043]實(shí)施例二 ：選取武漢市二郎廟污水處理廠經(jīng)濃縮壓濾機(jī)脫水后的污泥為處理對(duì)象。
[0044]二郎廟污水廠污泥基本性質(zhì)如圖4。
[0045]工藝流程如圖3。
[0046]工藝流程：城市污泥進(jìn)入酸反應(yīng)池，通過(guò)加酸裝置分別加入0. 0mol/L、0. lmol/L、 0. 2 mol/L、0. 4 mol/L、0. 8 mol/L、1.0 mol/L的天冬氨酸溶液，攪拌12h,以保證達(dá)到化學(xué) 平衡。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池，污泥排至中和池，上清液則進(jìn)行重金屬回收。沉淀池排出 的污泥在中和池內(nèi)調(diào)整pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集 中用于工藝前端酸洗處理。
[0047]天冬氨酸對(duì)污泥中重金屬的去除情況如圖6。除Cd外，Zn、Cu、Pb、Cr在 0. 0?1. Omol/L濃度范圍內(nèi)去除率有不同程度增加，分別達(dá)到15. 3%、11. 9%,24. 3%、5. 67%。 相比其他重金屬，Cd去除效果較好。
[0048]實(shí)施例三：選取武漢市二郎廟污水處理廠經(jīng)濃縮壓濾機(jī)脫水后的污泥為處理對(duì)象。
[0049]二郎廟污水廠污泥基本性質(zhì)如圖4。
[0050]工藝流程如圖2。
[0051]工藝流程：城市污泥進(jìn)入1#酸反應(yīng)池2，在1#酸反應(yīng)池2加入0. 2mol/L的檸檬 酸，調(diào)節(jié)pH值2，攪拌3h，使檸檬酸與重金屬充分發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道6輸 送到2#酸反應(yīng)池9，加入0. 4mol/L的天冬氨酸后攪拌均勻，攪拌21h，檸檬酸與天冬氨酸在 攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池11，污泥排至 中和池12，上清液則進(jìn)行重金屬回收。沉淀池11排出的污泥在中和池內(nèi)調(diào)整pH近中性。 中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前端酸洗處理。
[0052]該工藝流程對(duì)各重金屬的去除率：Zn 36. 5%、Cu 17. 4%、Pb 28. 4%、Cd 60. 4%、Cr 23. 3%。
[0053]實(shí)施例四：選取武漢市二郎廟污水處理廠經(jīng)濃縮壓濾機(jī)脫水后的污泥為處理對(duì)象。
[0054]二郎廟污水廠污泥基本性質(zhì)如圖4。
[0055]工藝流程如圖2。[0056]工藝流程:城市污泥進(jìn)入1#酸反應(yīng)池2，在1#酸反應(yīng)池2加入0.4mol/L的檸檬酸，調(diào)節(jié)PH值1.5，攪拌3h，使檸檬酸與重金屬充分發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道6輸送到2#酸反應(yīng)池9，加入0.4mol/L的天冬氨酸后攪拌均勻，攪拌12h，檸檬酸與天冬氨酸在攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池11，污泥排至中和池12，上清液則進(jìn)行重金屬回收。沉淀池排出的污泥在中和池內(nèi)調(diào)整pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前端酸洗處理。
[0057]該工藝流程對(duì)各重金屬的去除率:Zn 43.7%、Cu 12.7%、Pb 22.7%、Cd 71.5%、Cr22.0%。
[0058]實(shí)施例五:選取武漢市二郎廟污水處理廠經(jīng)濃縮壓濾機(jī)脫水后的污泥為處理對(duì)象。
[0059]二郎廟污水廠污泥基本性質(zhì)如圖4。
[0060]工藝流程如圖2。
[0061]工藝流程:城市污泥進(jìn)入1#酸反應(yīng)池2，在1#酸反應(yīng)池2加入0.2mol/L的檸檬酸，調(diào)節(jié)PH值1.5，攪拌9h，使檸檬酸與重金屬充分 發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道6輸送到2#酸反應(yīng)池9，加入0.4mol/L的天冬氨酸后攪拌均勻，攪拌9h，檸檬酸與天冬氨酸在攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池11，污泥排至中和池12，上清液則進(jìn)行重金屬回收。沉淀池排出的污泥在中和池內(nèi)調(diào)整pH近中性。中和泥經(jīng)過(guò)壓濾脫水后，干污泥用于制作肥料，濾液集中用于工藝前端酸洗處理。
[0062]該工藝為兩種酸復(fù)合作用的最佳條件。在最優(yōu)工藝條件下，兩種酸共同作用對(duì)各重金屬的去除率:Zn 43.9%、Cu 18.7%、Pb 30.7%、Cd 74.7%、Cr 27.4%。兩種酸共同作用優(yōu)于單獨(dú)使用某一種酸的去除效果。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，包括兩級(jí)酸反應(yīng)、沉淀、中和，兩級(jí)酸反應(yīng)包括1#酸反應(yīng)池、2#酸反應(yīng)池,其工藝流程為:城市污泥一1#酸反應(yīng)池一2#酸反應(yīng)池一沉淀池一中和池，其特征步驟是城市污泥進(jìn)入1#酸反應(yīng)池，在1#酸反應(yīng)池加入檸檬酸，調(diào)節(jié)PH值1.5^4,攪拌，使檸檬酸與重金屬充分發(fā)生作用，去除部分重金屬；通過(guò)管道輸送到2#酸反應(yīng)池，在2#酸反應(yīng)池加入天冬氨酸，攪拌，檸檬酸與天冬氨酸在攪拌作用下與污泥中的重金屬發(fā)生酸化和絡(luò)合作用；反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入沉淀池，污泥排至中和池，沉淀池上清液則進(jìn)行重金屬回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，其特征是在1#酸反應(yīng)池加入檸檬酸濃度:0.2mol/L,調(diào)節(jié)pH值:2，攪拌:3h ；2#酸反應(yīng)池，加入天冬氨酸濃度:0.4mol/L，攪拌:21h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，其特征是在1#酸反應(yīng)池加入檸檬酸濃度:0.4mol/L,調(diào)節(jié)pH值:1.5，攪拌:3h ;2#酸反應(yīng)池，加入天冬氨酸濃度:0.4mol/L，攪拌:12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合酸浸法去除城市污泥中重金屬的方法，其特征是在1#酸反應(yīng)池加入檸檬酸濃度:0.2mol/L，調(diào)節(jié)pH值:1.5，攪拌:9h ；2#酸反應(yīng)池，加入天冬氨酸濃度:0.4mo l/L，攪拌9h。
【文檔編號(hào)】C02F101/20GK103819064SQ201410084749
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】熊昌貴, 夏文林, 王服群, 李閃, 吳賽霞, 李凱元 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司