CN103172134A - 一种去除沼液中重金属的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了大型养殖场沼气工程产生的沼液中重金属去除的方法、工艺、吸附剂及其配套装置。它是应用天然粘土矿物粉末制成的重金属吸附剂、粘土基陶粒填料、改性沸石填料对沼液中存在的七种重金属进行三级吸附净化的新工艺,不产生二次污染，能耗低，工艺简单。技术的实施可以去除沼液中存在的七种重金属污染物，解决阻碍沼液安全资源化利用的瓶颈问题。

Description

一种去除沼液中重金属的工艺及设备

技术领域

本发明涉及的是大型养殖场沼气工程产生的沼液中重金属去除的方法，特别是沼液中重金属去除的工艺、重金属吸附剂及其配套装置。

背景技术

随着大型养猪场的发展和沼气工程的建设，养猪场沼液数量日益增加。沼液本身是很好的有机肥，可以用来土壤灌溉或者稀释后直接水培蔬菜。沼液的资源化利用可以节约灌溉用水和减少化肥的使用量，符合当今社会循环经济、绿色农业的理念，具有很大的推广应用价值。

由于沼液中富集有铜、镉、铬、锌、铅等微量重金属，长期使用含微量重金属的沼液进行土壤灌溉或者水培蔬菜，会在土壤及植物体内造成重金属富集，从而危害食品安全和人类健康。重金属是一类对人体危害较大的污染物，其毒性随形态而异，部分毒性较大，在环境中不易降解，易被生物富集，并具有生物放大效应，危及人类及各类生物的生存。因此研究沼液中重金属污染物的去除技术是保证沼液安全灌溉及安全资源化利用迫切需要解决的问题。

目前各种工业废水中重金属的去除方法很多，有化学法、物化法和生物法,其中化学沉淀法是去除重金属污染物经典方法之一。

近年来，基于对天然矿物的表面活性、超细效应、化学成分、晶体结构、物理性质及其改性技术等方面的研究，发现了矿物具有良好的环境属性。利用种类繁多、储量丰富、价格低廉、处理工艺相对简单的天然矿物进行废水处理，具有投资少、效果好且二次污染小等优点。世界许多国家，特别是发达国家对非金属矿物在污水治理中的应用非常重视，如蒙脱石、累托石、海泡石、沸石、硅灰石、电气石等，在水体污染治理中得到了不同程度的利用。天然粘土矿物是以含铝、镁等元素为主的一类硅酸盐矿物，除海泡石、坡缕石等少数为层链状外，其它均为层状结构。粘土矿物形成过程中，由于经常发生不等价的类质同象替代作用(如Si—0四面体的Si⁴⁺被Al³⁺代替;Al —O八面体的A1³⁺被Fe²⁺等代替)，造成层间产生永久性负电荷。为维持电荷平衡，必须吸附周围环境中的阳离子，如K⁺、Na²⁺、 Ca²⁺等。这些阳离子具有可交换性，可与环境中其它离子发生交换反应，达到去除的目的。由于粘土矿物具有很强的层间反应活性，用不同结构、性质的化合物进行改性，能很大程度地提高粘土矿物对污染物的吸附性，获得不同性能的污水净化剂。在水污染治理方面，粘土矿物主要用于化工和生活用水过滤，如重金属离子Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cr²⁺、As³⁺、Ni²⁺等的去除，阴离子NH3N^-、H:PO4^一、HPO₄ ^2一、PO₄ ^3-等的清除处理，以及废水中有机污染物和阳离子染色物的吸附去除。

目前还未有采用以上吸附剂法去除沼液重金属的工艺、专用水处理剂及专用装置的报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用不同的吸附剂，采用多级组合吸附工艺，高效去除沼液中重金属污染物的方法及其装置。

本净化工艺采用天然粘土矿物粉末制成的重金属吸附剂JK-1、粘土基陶粒以及经改性后的沸石对沼液中存在的七种重金属污染物进行多级吸附,达到完全去除沼液中重金属污染物的目的。技术的实施可以去除沼液中存在的七种重金属污染物，解决阻碍沼液安全资源化利用的瓶颈问题。

本发明是这样实现的，其工艺流程为：

1、一级吸附。将沼液放入一级吸附池，按照1:100的比例投加重金属吸附剂。搅拌0.5～1小时，然后静置0.5～1小时，再将沼液上清液导入缓冲提升池内，沉淀仍留在吸附池的底部待排。此时可再放入第二批待净化的沼液进行投药搅拌处理。重金属吸附剂为市售经高温焙烧改性的硅藻土。

2、二级吸附。将缓冲提升池内沼液上清液导入到二级吸附池，池内设有以粘土基陶粒为主的吸附过滤层，沼液经吸附过滤后流入三级吸附池，二级吸附剂为市售的粘土基陶粒。

3、三级吸附。三级吸附池内装有改性沸石填料，沼液经吸附过滤去除重金属，净化后出水，排出的沼液安全灌溉及资源化利用。三级吸附剂为经酸洗改性的市售沸石。

本发明的设备构成为一、二、三级吸附池组成，在一级吸附池上设有搅拌装置，在一级吸附池旁设有缓冲提升池，在一级吸附池与缓冲提升池之间设有一个或多个带阀门的连通管，在缓冲提升池内设有提升泵，二级吸附池内鹅卵石承托层和粘土陶粒基填料，三级吸附池内设有改性沸石填料，二级吸附池与三级吸附池下部连通，三级吸附池的出水口设在三级吸附池的上部。

该装置每批次处理时间约为1～2h，可24h连续运行，沼液处理量随设备的大小变动。

搅拌池1中的污泥定期从排泥口排出，其含水率约为75%，加入7%的石灰自然晾晒，进行污泥干化、杀菌及微量重金属钝化处理。处理时间约为24-48h，处理后的污泥含水率为45%，小于60%，达到垃圾填埋标准。有害菌及虫卵数量大大减少，重金属被钝化，不会随雨水外渗。达到无害化处理的目的，可外运至生活垃圾填埋场进行填埋。二级吸附池3中的陶粒达到吸附饱和后加入2-3%石灰进行杀菌、金属钝化处理后运送至生活垃圾场填埋。

三级吸附池4中的沸石达到吸附饱和后可通过不定期加酸反洗再生重复利用。反洗液用石灰进行中和处理。

本发明工艺流程的特点：

1. 采用市售的硅藻土、陶粒及沸石作为水处理剂，来源易得，种类繁多、储量丰富、价格低廉。

2. 采用物理吸附法对沼液重金属进行净化处理，工艺简单、投资少、效果好。易于为养殖企业所接受。

2. 工艺实施产生的固废经无害化处理可运至生活垃圾填埋场处理，填料沸石可酸洗再生利用，不产生二次污染。

3. 装置设计简单，大部分利用重力自流模式，运行电费低，易于维护。可24h连续运行，水力负荷大。

 

附图说明

图1为本发明的设备示意图，

图2为图1的俯视图。

其中1----一级吸附池，2----缓冲提升池，3----二级吸附池，4----三级吸附池，5----提升泵，6----鹅卵石承托层，7----粘土陶粒基填料，8----改性沸石填料，9----搅拌装置，10----排泥口，11----连通管，12----溢流口，13----布水器。

具体实施方式

实施例１ 重金属吸附剂JK-1对沼液中重金属的吸附效果室内研究

测定原沼液中Cu 、Cd 、Pb、 Cr 、Zn 、As 、Hg这七种重金属的含量，数据及测定方法见表1。

取沼液1L,加入10g吸附剂JK-1，用磁力搅拌器进行搅拌30min，静置20min后分离出上清液测定其中七种重金属的含量见表1。

 倾倒出上清液800mL，倒入装有陶粒的1升烧杯中，浸泡半小时后倒出测定清液中重金属含量，见表1。再将清液倒入装有改性沸石的烧杯中，浸泡半小时后测定溶液中重金属含量，见表1。

计算三级吸附中重金属的去除率，列于表1。

表1.吸附剂对沼液重金属吸附效果的小试研究数据

从表1可以看出，经三级吸附后，沼液中七种重金属得以全部去除。

实施例2. 吸附剂JK-1废渣无害化处理室内研究

取10g重金属吸附剂JK-1放入烧杯中，加入1L沼液进行搅拌30min，静置20min后倾倒上层沼液，底部废渣取出，测含水率约为75%，分成三份分别加入3%、5%、7%的石灰，晾晒24-48h后，按照GB5086.1-1997固体废物浸出毒性浸出方法制取浸出液，按照GB/T 15555.2-1995的方法测定浸出液中七种重金属的含量，含水率采用重量法测定。结果见表2。

表2. JK-1废渣中加入石灰处理后的安全性评估及含水率

由表2知，在加入7%的石灰后，经晾晒24-48h后，含水率为45%达到生活垃圾填埋标准，浸出物中七种重金属未检出，故可直接运往生活垃圾填埋场进行安全填埋，不会在环境中造成二次污染。

实施例3. 吸附重金属后的陶粒无害化处理室内研究

颗粒状粘土基陶粒对重金属的吸附达到饱和容量时，采用投加石灰进行快速干化及杀灭病菌，方便外运，同时附着的微量重金属进行钝化，使其在外界环境中不再析出。不会造成二次污染。在实验室测定经石灰法干化钝化后废渣的浸出液，7种重金属的含量均未检出（见表1）。

表3.工艺产生的废渣处理

Claims (2)

1.一种去除沼液中重金属的工艺，其特征在于其工艺流程为：

1）、一级吸附

将沼液放入一级吸附池，按照1:100的比例投加重金属吸附剂，搅拌0.5～1小时，然后静置0.5～1小时，再将沼液上清液导入缓冲提升池内，沉淀仍留在吸附池的底部待排，此时可再放入第二批待净化的沼液进行投药搅拌处理，重金属吸附剂为市售经高温焙烧改性的硅藻土；

2）、二级吸附

将缓冲提升池内沼液上清液导入到二级吸附池，池内设有以粘土基陶粒为主的吸附过滤层，沼液经吸附过滤后流入三级吸附池，二级吸附剂为市售的粘土基陶粒；

3）、三级吸附

三级吸附池内装有改性沸石填料，沼液经吸附过滤去除重金属，净化后出水，排出的沼液安全灌溉及资源化利用，三级吸附剂为经酸洗改性的市售沸石。

2.一种去除沼液中重金属的工艺的设备，它主要是由一、二、三级吸附池组成，其特征在于一级吸附池上设有搅拌装置，在一级吸附池旁设有缓冲提升池，在一级吸附池与缓冲提升池之间设有一个或多个带阀门的连通管，在缓冲提升池内设有提升泵，二级吸附池内鹅卵石承托层和粘土陶粒基填料，三级吸附池内设有改性沸石填料，二级吸附池与三级吸附池下部连通，三级吸附池的出水口设在三级吸附池的上部。

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