本發(fā)明涉及一種電動修復(fù)強(qiáng)化裝置及利用該裝置去除污泥中重金屬的方法，屬于二次資源回收和環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著冶金、化工、礦業(yè)、電子業(yè)以及鑄造業(yè)的快速發(fā)展以及“水十條”的出臺，生活污水、工業(yè)廢水處理力度不斷增大，由水處理產(chǎn)生的重金屬污染污泥問題日趨嚴(yán)重。這種污泥如果處置不當(dāng)不但會對危害環(huán)境以及人類生存還會流失貴重資源。因此需要科學(xué)合理的處理，同時實現(xiàn)污泥的資源化利用是十分重要的。電動修復(fù)是指在污染土壤通入低直流電，污染土壤中污染物在電場作用下遷移出來的過程。電動修復(fù)技術(shù)能遷移出污泥中的大多數(shù)金屬離子，是一種綠色、高效的新型原位修復(fù)技術(shù)，但是，污泥顆粒粒徑小、有機(jī)物含量大、粘度大，陽離子交換量(CEC)大等特性嚴(yán)重影響了污泥孔隙溶液中金屬離子的遷移。
針對金屬離子遷移困難的問題，有許多研究者通過加螯合劑、表面活性劑等強(qiáng)化劑促進(jìn)金屬離子的遷移，然而，由于這些強(qiáng)化劑對環(huán)境存在潛在的危害。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對目前低滲透的、粒度細(xì)、成分復(fù)雜的污泥重金屬去除率低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電動修復(fù)強(qiáng)化裝置，提高污泥中重金屬的電動去除率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種電動修復(fù)強(qiáng)化裝置及利用該裝置去除污泥中重金屬的方法，具有綠色環(huán)保的特點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種電動修復(fù)強(qiáng)化裝置，其特征在于，該裝置包括電動修復(fù)系統(tǒng)和pH控制系統(tǒng)，其中，電動修復(fù)系統(tǒng)包括電動修復(fù)電解槽、陽離子交換系統(tǒng)、陰離子交換系統(tǒng)以及位于該電動修復(fù)電解槽兩端的陰極電解池和陽極電解池；該電動修復(fù)電解槽包括靠近陽極側(cè)的離子強(qiáng)化遷移槽和靠近陰極側(cè)的活性炭；該離子強(qiáng)化遷移槽的兩側(cè)面及底面為多孔隔板，底面的多孔隔板上鋪有濾紙，濾紙上鋪有待處理的富含重金屬的污泥；pH控制系統(tǒng)包括pH控制電解槽、陽離子交換系統(tǒng)、陰離子交換系統(tǒng)以及位于該pH控制電解槽兩端的陽極電解池和陰極電解池。
其中，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陰極電解池的輸入口通過蠕動泵與pH控制系統(tǒng)的陽極電解池相連，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陽極電解池的輸入口通過蠕動泵與pH控制系統(tǒng)的陰極電解池相連，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陰極電解液從輸出口流入pH控制系統(tǒng)的陽極電解池，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陽極電解液從輸出口流入pH控制系統(tǒng)的陰極電解池。
所述電動修復(fù)系統(tǒng)中的陽離子交換系統(tǒng)由帶孔隔板、濾紙、陽離子交換膜、濾紙、帶孔隔板組成；陰離子交換系統(tǒng)由帶孔隔板、濾紙、帶孔隔板組成。
所述pH控制系統(tǒng)中的陽離子交換系統(tǒng)由墊圈和陽離子交換膜組成；陰離子交換系統(tǒng)由墊圈和陰離子交換膜組成。
一種電動修復(fù)強(qiáng)化裝置及利用該裝置去除污泥中重金屬的方法，包括以下步驟：
(1)污泥預(yù)處理：將濕污泥樣品用0.5-3mol/L的硫酸預(yù)處理，得到含水率為70％-85％的污泥；
(2)裝入電解槽：將預(yù)處理好的污泥分層放入電動修復(fù)電解槽的離子強(qiáng)化遷移槽中，壓勻，靠近陰極側(cè)裝入活性炭，向陰極電解池和陽極電解池注入蒸餾水，靜置12-36h至滲透平衡后將蒸餾水更換為電解液，陰極電解液為pH值為1-3的HNO3溶液，陽極電解液分別為pH值為1-3的檸檬酸；
(3)通電：在0.5-2V/cm的電勢梯度下通電3-10天，陰極電解液pH值控制在2-4。
其中，所述步驟(1)中的預(yù)處理方法是在轉(zhuǎn)速為200-300r/min下用磁力攪拌器攪拌0.5-1h。
本發(fā)明將活性炭吸附和離子強(qiáng)化遷移槽同時應(yīng)用于電動修復(fù)中。一方面，活性炭吸附通過對金屬離子的吸附作用，強(qiáng)化污泥中金屬離子的水平遷移；另一方面，離子強(qiáng)化遷移槽依據(jù)污泥中金屬離子處于電場和重力場中而設(shè)計，使得污泥孔隙溶液中的金屬離子能通過離子強(qiáng)化遷移槽的底部多孔隔板，從底部溶液中遷移出去，它為污泥中金屬離子的遷移多提供一種遷移途徑。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
本發(fā)明在采用電動修復(fù)方法進(jìn)行污泥中重金屬污染治理的過程中，將活性炭吸附和離子強(qiáng)化遷移槽同時引入電動修復(fù)處理污泥的技術(shù)中，解決由于金屬離子在污泥中遷移困難的問題，提高污泥中重金屬的電動修復(fù)率。
本發(fā)明無需加入螯合劑、表面活性劑等強(qiáng)化劑，具有綠色環(huán)保的特點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的電動修復(fù)強(qiáng)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的電動修復(fù)強(qiáng)化裝置包括電動修復(fù)系統(tǒng)和pH控制系統(tǒng)。其中，電動修復(fù)系統(tǒng)包括電動修復(fù)電解槽及陰極電解池和陽極電解池，陰極電解池和陽極電解池設(shè)于電動修復(fù)電解槽的兩端，弧形石墨電極5、6插入陰極電解池和陽極電解池，直流電源2和萬用表1串聯(lián)并分別和電極相連。電動修復(fù)電解槽與陰極電解池和陽極電解池之間分別設(shè)有陽離子交換系統(tǒng)11和陰離子交換系統(tǒng)12；該電動修復(fù)電解槽內(nèi)設(shè)有離子強(qiáng)化遷移槽15和活性炭13，活性炭13靠近陰極側(cè)，該離子強(qiáng)化遷移槽的兩側(cè)面及底面為多孔隔板，底面的多孔隔板上鋪有濾紙，濾紙上鋪有待處理的富含重金屬的污泥；金屬離子可以通過底部多孔隔板后，在底部多孔隔板下的溶液14中遷移至陰極電解池，因此離子強(qiáng)化遷移槽底部多孔設(shè)計為污泥中金屬離子多提供一種遷移途徑。
pH控制系統(tǒng)為電解液pH值控制的電化學(xué)裝置，包括pH控制電解槽、陽離子交換系統(tǒng)18、陰離子交換系統(tǒng)19以及位于該pH控制電解槽兩端的陽極電解池和陰極電解池，石墨電極片20、21插入陽極電解池和陰極電解池。
所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陰極電解池的輸入口9通過蠕動泵24與pH控制系統(tǒng)的陽極電解池的輸出口26相連，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陽極電解池的輸入口10通過蠕動泵25與pH控制系統(tǒng)的陰極電解池的輸出口27相連，電動修復(fù)系統(tǒng)的陰極電解液的從輸出口7經(jīng)小孔22流入pH控制系統(tǒng)的陽極電解池，所述電動修復(fù)系統(tǒng)的陽極電解液的從輸出口8經(jīng)小孔23流入pH控制系統(tǒng)的陰極電解池。
在電動修復(fù)系統(tǒng)中，陽離子交換系統(tǒng)11由帶孔隔板、濾紙、陽離子交換膜、濾紙、帶孔隔板組成；陰離子交換系統(tǒng)12由帶孔隔板、濾紙、帶孔隔板組成。
在pH控制系統(tǒng)中，陽離子交換系統(tǒng)18由墊圈和陽離子交換膜組成；陰離子交換系統(tǒng)19由墊圈和陰離子交換膜組成。
電動修復(fù)系統(tǒng)及pH控制系統(tǒng)的陰極電解池及陽極電解池設(shè)有氣體出口3、4、16、17。
本發(fā)明采用電動修復(fù)方法進(jìn)行污泥中的重金屬污染治理的過程中，將離子強(qiáng)化遷移槽和活性炭吸附引入正在修復(fù)的污泥中，由于電動修復(fù)過程中強(qiáng)化了污泥中金屬離子的遷移，使的污泥中的重金屬得到有效去除。其主要是根據(jù)污泥孔隙溶液中的金屬離子同時還處在電場和重力場中，由牛頓力學(xué)受力分析可 知，污泥中離子的遷移路線是拋物線；那么隨著電動修復(fù)時間的延長，污泥孔隙溶液中的金屬離子集中在靠近陰極側(cè)的中下部。由于污泥的粘度大，污泥陽離子交換量(CEC)大等特性而嚴(yán)重影響了污泥孔隙溶液中金屬離子的電遷移速度。如果電流密度小，污泥孔隙溶液中的金屬離子濃度過大，更增加了金屬離子在污泥表面吸附和離子交換的幾率，阻礙了金屬離子的遷移。因此，本發(fā)明將離子強(qiáng)化遷移槽和活性炭吸附同時應(yīng)用于電動修復(fù)中，促進(jìn)污泥中金屬離子的遷移。
實施例1
(1)污泥預(yù)處理：九格法從濕污泥樣品中取400g冶煉廢水污泥，冶煉廢水污泥中主要金屬含量為Cu 5.01％、Ni 0.61％、Pb 0.68％、Cr 0.028％、Ca 8.56％。
(2)用濃度為2mol/L的硫酸預(yù)處理污泥，預(yù)處理方法是在轉(zhuǎn)速為250/min下用磁力攪拌器攪拌0.5h，預(yù)處理污泥的含水率為80％，初始pH值為6。
(3)裝入電解槽：將(1)中預(yù)處理好的污泥分層放入電動修復(fù)電解槽中間的長方形盒子中，壓勻，電解槽的陰極側(cè)裝入活性炭。
(4)向陰極電解池和陽極電解池注入蒸餾水，靜置24h至滲透平衡后將蒸餾水更換為電解液，陰極電解液和陽極電解液分別為0.01mol/LHNO3溶液和pH值為2.5的檸檬酸；
(5)通電：在1.3V/cm的電勢梯度下通電5天，陰極電解液pH值控制在2～4；
(6)冶煉廢水中的重金屬在電動修復(fù)的作用下，從污泥中分離，進(jìn)入到電解液中。與不采用離子強(qiáng)化遷移槽和活性炭吸附的電動修復(fù)相比，酸化污泥中Cu、Ni、Cr、Zn、Fe的電動去除率分別從23.32％、54.55％、14.29％、62.19％、16.15％提高到35.91％、82.62％、70.41％、86.12％、39.21％。