CN103819064A - 一种复合酸浸法去除污泥中重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法，包括两级酸反应、沉淀、中和，两级酸反应包括1#酸反应池、2#酸反应池，其工艺流程为：城市污泥→1#酸反应池→2#酸反应池→沉淀池→中和池，其特征步骤是城市污泥进入1#酸反应池，在1#酸反应池加入柠檬酸，调节pH值1.5~4，搅拌，使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道输送到2#酸反应池，在2#酸反应池加入天冬氨酸，搅拌，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用；反应结束后，进入沉淀池，污泥排至中和池，沉淀池上清液则进行重金属回收。发明采用复合酸浸法去除城市污泥中的重金属，两种酸共同作用优于单独使用某一种酸的去除效果。

Description

一种复合酸浸法去除污泥中重金属的方法

技术领域

本发明属于污水污泥处理技术领域，具体涉及一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法。

背景技术

城市污泥中含有大量的有机物、丰富的氮磷钾等植物营养成分，是很好的肥源和良好的土壤改良剂，其资源化农用已经成为当今研究的热点。同时污泥中还含有一些有毒物质，特别是重金属元素。在污水处理过程中，70％～90％的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中，污泥中重金属元素成为制约污泥资源化利用的关键因素。

从目前国内外研究和报道来看，污泥中重金属的去除技术主要有化学法、电化学法、离子交换法、生物淋滤法和植物修复法等。

化学技术主要是通过向污泥中投加各种酸和有机络合剂，降低污泥酸度（pH值）或提高污泥的氧化还原电位（Eh），使污泥中难溶态和不可溶态的重金属化合物向可溶态的离子态或络合离子态转化，将土壤和污泥中污染物分离出来，从而降低污泥中重金属含量的方法。

电化学方法起初用于修复受重金属污染的土壤。电化学法是在土壤或污泥中插入电极，在电极上施加电流，土壤和污泥中的污染物质（重金属离子及其化合物、矿物颗粒、有机物）在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳等方式被带到电极两端，使污染物迁移出土壤或污泥。利用电化学方法去除渗透性高、传导性差的污泥中重金属，其去除效果差。目前运用电化学方法来降低城市污泥重金属含量的报道较少。

生物淋滤方法主要利用微生物的累积和吸附作用去除污泥中重金属，通过微生物的新陈代谢作用，细菌的氧化作用降低体系pH 值，将污泥中重金属硫化物及其它不溶性重金属形态溶解到液相，转为可溶态离子，再通过固液分离达到去除重金属的目的。该种方法牵涉到一整套细菌筛选培养、接种、添加含铁及含硫底物、搅拌、曝气等一系列控制较严格工艺，还没有在工业上广泛使用，另外限制该种方法大规模运用的因素还有生物淋滤滞留时间较长。

化学酸浸法具有操作简单、处理高效快速的优点。最常用的化学试剂是盐酸、硝酸或硫酸和有机络合剂（如EDTA）等。但选用无机酸处理，残留在污泥中的化学药剂会影响污泥的肥效，而采用有机酸处理，即使投入的药剂仍有一部分残留在污泥中，对污泥几乎没有副作用。近年来，利用柠檬酸等有机酸去除污泥中重金属的研究成为热点。

柠檬酸可用于食品、禽畜生产、化妆品、杀菌，是一种在环境中易于降解，不会引起二次污染的有机酸。柠檬酸与重金属形成单核、双核和多核的多齿金属络合物。且柠檬酸可以络合多种金属离子，不具有选择性。而污水污泥中所含重金属元素往往不只一种，柠檬酸本身就是一种酸，具有酸化作用，所以用柠檬酸来去除污泥中重金属是可行的。柠檬酸作用机理是柠檬酸在酸浸过程中，起始时络合作用要大于酸化作用，随着反应的进行酸化作用逐渐增强，络合作用和酸化作用相辅相成共同作用去除污泥中的重金属污染物，但是络合作用要稍大于酸化作用。

天冬氨酸也是一种可生物降解的有机酸，天冬氨酸与金属离子有较好的配位性能。在化学性质方面，天冬氨酸是一种小分子的有机酸，能离解出H⁺和酸根离子；天冬氨酸在溶液中与重金属离子发生络合反应，破坏天冬氨酸分解平衡，促使天冬氨酸不断离解出天冬氨酸根离子和H⁺，天冬氨酸根与重金属离子络合，质子又可以溶解出污泥中的重金属，所以用天冬氨酸浸出污泥中重金属是可能的。

各地城市污泥所含重金属种类相似，其含量却相差很大。通常以处理生活污水为主所产生的污泥中重金属含量较低。对于重金属含量较高的污泥，很容易获得较高的去除率，而对于重金属含量较低的城市污泥，其去除难度大幅增加。

发明内容

本发明目的在于针对化学法无机酸耗酸量大、易带来二次污染等问题，提供一种既可提高城市污泥中重金属去除率，又能使处理后的污泥用于资源化利用的复合酸浸法去除污泥中重金属的方法。

 本发明的技术解决方案：通过对柠檬酸、天冬氨酸单独酸浸实验，分析去除重金属的影响因素，获得大量有效数据。实验表明柠檬酸和天冬氨酸在一定程度上都能降低污泥中的重金属含量，但对重金属的去除效果有差别。比较0.2mol/L柠檬酸、天冬氨酸对污泥中重金属的去除率，柠檬酸对Zn的去除效果明显优于天冬氨酸，对Pb和Cr的去除效果也要好一些；相比于柠檬酸，天冬氨酸对Cu和Cd的去除率要好。

 根据柠檬酸、天冬氨酸单独酸浸实验结果，本发明提出了一种复合酸浸法去除污泥中重金属的方法，采用带有搅拌装置的两级酸反应、沉淀、中和等工艺和设备，去除城市污泥中的Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Hg等重金属。

设备包括1#酸反应池、2#酸反应池、沉淀池、中和池。

 所述的1#酸反应池安装搅拌泵、在线污泥浓度计、pH计、电导率仪，池体上设加酸装置。

所述的2#酸反应池安装搅拌泵、在线污泥浓度计、pH计、电导率仪，池体上设加酸装置。

所述的1#酸反应池与2#酸反应池通过管道连接，2#酸反应池与沉淀池通过管道连接。

 所述的中和池安装在线pH计，池体上设加碱装置。

所述的沉淀池与中和池通过污泥管道连接。

所述的一种复合酸浸法去除污泥中重金属的方法，其工艺流程是：城市污泥→酸反应1→酸反应2→沉淀→上清液重金属回收，污泥经中和后资源化利用。

 城市污泥通过污泥管道进入1#酸反应池，加入柠檬酸，用硝酸调节pH，通过搅拌使

柠檬酸与污泥中的重金属充分作用，去除污泥中所含的部分重金属。

1#酸反应池的出水通过管道进入2#酸反应池，加入天冬氨酸，搅拌。在柠檬酸和天

冬氨酸的双重作用下，在1#酸反应池未反应的重金属继续与酸发生作用。

经过2#酸反应池后的混合液进入沉淀池进行泥水分离。上清液进行重金属回收，污

泥排至下一单元。

沉淀池排出的污泥进入中和池，加碱、搅拌调整污泥pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

本发明的有益效果：本发明选用的柠檬酸和天冬氨酸均是可生物降解的天然有机酸，两种有机酸都能有效的去除重金属的碳酸盐结合态，对可交换态、吸附态、有机结合态和金属硫化物存在的重金属都有一定的去除效果；复合酸浸法对城市污泥中重金属的最优去除效果：Zn 43.9%、Cu 18.7%、Pb 30.7%、Cd 74.7%、Cr 27.4%、Hg 24.4%。发明采用复合酸浸法去除污泥中的重金属，两种酸共同作用优于单独使用某一种酸的去除效果。

附图说明

图1是复合酸浸法去除污泥中重金属的设备连接构造图。

图2是复合酸浸法去除污泥中重金属的工艺流程图。

图3是单一柠檬酸或天冬氨酸去除污泥重金属的工艺流程图。

图4是污水厂污泥基本性质图。

图5是柠檬酸浓度对污泥中重金属去除率的影响变化图。

图6是天冬氨酸浓度对污泥中重金属去除率的影响变化图。

图中：1.进泥口；2 .1#酸反应池；3. 加酸装置1；4.搅拌泵；5. 加酸装置2；6.管道；7. 加酸装置3；8. 搅拌泵；9. 2#酸反应池；10. 管道；11.沉淀池；12.中和池；13.加碱装置；14. 管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种复合酸浸法去除污泥中重金属的设备，包括1#酸反应池2、2#酸反应池9、沉淀池11、中和池12；管道6连接1#酸反应池2、2#酸反应池9；管道10连接2#酸反应池9、沉淀池11；沉淀池11通过管道14连接中和池12。

1#酸反应池2安装搅拌泵4、在线污泥浓度计、pH计、电导率仪，池体上设加酸装置3、加酸装置5；2#酸反应池9安装搅拌泵8、在线污泥浓度计、pH计、电导率仪，池体上设加酸装置7；中和池12安装在线pH计，池体上设加碱装置13。

城市污泥从进泥口1进入；1#酸反应池2，用于柠檬酸与部分重金属发生反应；加酸装置3，用于加入柠檬酸；搅拌泵4用于搅拌柠檬酸和污泥，；加酸装置5，用于调节pH值；加酸装置7，用于加入天冬氨酸；搅拌泵8用于搅拌天冬氨酸和污泥；2#酸反应池9，在柠檬酸和天冬氨酸复合作用下去除大部分重金属；沉淀池11用于沉淀污泥；中和池12、加碱装置14用于调整污泥pH值近中性，以达到资源化利用的目的。

一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法 ，工艺流程是：城市污泥从进泥口1进入1#酸反应池2，在1#酸反应池2加入柠檬酸，调节pH值1.5~4，搅拌使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道6输送到2#酸反应池9，加入天冬氨酸后搅拌均匀，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用。两种酸与重金属充分发生反应后，通过管道10进入沉淀池11进行泥水分离，污泥排出，上清液则进行重金属回收，排出的污泥通过管道14进入中和池12，调整污泥pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

 实施例一：选取武汉市二郎庙污水处理厂经浓缩压滤机脱水后的污泥为处理对象。

 二郎庙污水厂污泥基本性质如图4。

工艺流程如图3。

城市污泥进入酸反应池，通过加酸装置分别加入0.0mol/L、0.1mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的柠檬酸溶液，搅拌12h，以保证达到化学平衡。反应结束后，进入沉淀池，污泥排至中和池，上清液则进行重金属回收。沉淀池排出的污泥在中和池内调整pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

 柠檬酸对污泥中重金属的去除情况如图5。在柠檬酸浓度0.1~1.0mol/L范围内，Zn、Cr、Cu的去除率提高不显著，分别只有32.5%、 7.8%、<5%。

 实施例二：选取武汉市二郎庙污水处理厂经浓缩压滤机脱水后的污泥为处理对象。

二郎庙污水厂污泥基本性质如图4。

工艺流程如图3。

工艺流程：城市污泥进入酸反应池，通过加酸装置分别加入0.0mol/L、0.1mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的天冬氨酸溶液，搅拌12h，以保证达到化学平衡。反应结束后，进入沉淀池，污泥排至中和池，上清液则进行重金属回收。沉淀池排出的污泥在中和池内调整pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

天冬氨酸对污泥中重金属的去除情况如图6。除Cd外，Zn、Cu、Pb、Cr在0.0~1.0mol/L浓度范围内去除率有不同程度增加，分别达到15.3%、11.9%、24.3%、5.67%。相比其他重金属，Cd去除效果较好。

 实施例三：选取武汉市二郎庙污水处理厂经浓缩压滤机脱水后的污泥为处理对象。

二郎庙污水厂污泥基本性质如图4。

工艺流程如图2。

工艺流程：城市污泥进入1#酸反应池2，在1#酸反应池2加入0.2mol/L的柠檬酸，调节pH值2，搅拌3h，使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道6输送到2#酸反应池9，加入0.4mol/L的天冬氨酸后搅拌均匀，搅拌21h，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用。反应结束后，进入沉淀池11，污泥排至中和池12，上清液则进行重金属回收。沉淀池11排出的污泥在中和池内调整pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

 该工艺流程对各重金属的去除率：Zn 36.5%、Cu 17.4%、Pb 28.4%、Cd 60.4%、Cr 23.3%。

 实施例四：选取武汉市二郎庙污水处理厂经浓缩压滤机脱水后的污泥为处理对象。

二郎庙污水厂污泥基本性质如图4。

工艺流程如图2。

 工艺流程：城市污泥进入1#酸反应池2，在1#酸反应池2加入0.4mol/L的柠檬酸，调节pH值1.5，搅拌3h，使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道6输送到2#酸反应池9，加入0.4mol/L的天冬氨酸后搅拌均匀，搅拌12h，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用。反应结束后，进入沉淀池11，污泥排至中和池12，上清液则进行重金属回收。沉淀池排出的污泥在中和池内调整pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

 该工艺流程对各重金属的去除率：Zn 43.7%、Cu 12.7%、Pb 22.7%、Cd 71.5%、Cr 22.0%。

 实施例五：选取武汉市二郎庙污水处理厂经浓缩压滤机脱水后的污泥为处理对象。

二郎庙污水厂污泥基本性质如图4。

工艺流程如图2。

 工艺流程：城市污泥进入1#酸反应池2，在1#酸反应池2加入0.2mol/L的柠檬酸，调节pH值1.5，搅拌9h，使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道6输送到2#酸反应池9，加入0.4mol/L的天冬氨酸后搅拌均匀，搅拌9h，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用。反应结束后，进入沉淀池11，污泥排至中和池12，上清液则进行重金属回收。沉淀池排出的污泥在中和池内调整pH近中性。中和泥经过压滤脱水后，干污泥用于制作肥料，滤液集中用于工艺前端酸洗处理。

 该工艺为两种酸复合作用的最佳条件。在最优工艺条件下，两种酸共同作用对各重金属的去除率：Zn 43.9%、Cu 18.7%、Pb 30.7%、Cd 74.7%、Cr 27.4%。两种酸共同作用优于单独使用某一种酸的去除效果。

Claims (4)

1.一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法，包括两级酸反应、沉淀、中和，两级酸反应包括1#酸反应池、2#酸反应池，其工艺流程为：城市污泥→1#酸反应池→2#酸反应池→沉淀池→中和池，其特征步骤是城市污泥进入1#酸反应池，在1#酸反应池加入柠檬酸，调节pH值1.5~4，搅拌，使柠檬酸与重金属充分发生作用，去除部分重金属；通过管道输送到2#酸反应池，在2#酸反应池加入天冬氨酸，搅拌，柠檬酸与天冬氨酸在搅拌作用下与污泥中的重金属发生酸化和络合作用；反应结束后，进入沉淀池，污泥排至中和池，沉淀池上清液则进行重金属回收。

2.根据权利要求1所述的一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法，其特征是在1#酸反应池加入柠檬酸浓度：0.2mol/L，调节pH值：2，搅拌：3h；2#酸反应池，加入天冬氨酸浓度：0.4mol/L，搅拌：21h。

3.根据权利要求1所述的一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法，其特征是在1#酸反应池加入柠檬酸浓度：0.4mol/L，调节pH值：1.5，搅拌：3h；2#酸反应池，加入天冬氨酸浓度：0.4mol/L，搅拌：12h。

4.根据权利要求1所述的一种复合酸浸法去除城市污泥中重金属的方法，其特征是在1#酸反应池加入柠檬酸浓度：0.2mol/L，调节pH值：1.5，搅拌：9h；2#酸反应池，加入天冬氨酸浓度：0.4mol/L，搅拌9h。

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