CN104402179A - 一种采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法，涉及一种城市生活污泥的处置方法。解决了城市生活污泥农用过程中重金属生态风险较高的问题。该方法包括以下步骤：步骤一按城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:1～100:5取料；步骤二城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌15～30min，生成城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至110℃～140℃，保温时间4～12h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。步骤一所述的城市生活污泥为未脱水的城市生活污泥。该方法有效降低了城市生活污泥农用过程中重金属的生态风险，加速了污泥的资源化利用。

Description

一种采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法
技术领域
本发明涉及一种城市生活污泥的处置方法。
背景技术
近年来，随着城市规模的不断扩大，大量新建污水处理设施投入运行，并伴随着污泥的大量产生，成为环境污染的潜在对象，对污泥的资源化利用已经变得越来越迫切。污泥中含有丰富的氮、磷、钾和有机质,是良好的有机肥料资源。污泥的化学成分十分复杂，含有种类繁多的重金属，当重金属含量超标的污泥用于农林业时，会引起土壤的重金属污染。重金属元素及其化合物是不能或很难降解的化学物质，进入土壤后的重金属一般很难去除，会通过植物吸收或者渗滤作用渗入到地下水中而危害人体健康。因此，找到一种钝化污泥中重金属的有效方法从而实现污泥农用就显得极为重要和十分迫切。
对此，前人做了大量研究工作，也取得了许多成果。李国学等在《添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属(Cu、Zn、Mn)的形态影响》中报道，利用城市污泥和稻草进行高温堆肥处理后，对于污泥中重金属Cu、Zn、Mn来说,堆肥后其可利用态的含量比堆肥前分别降低了3.49％、5.01％、13.90％。
吕彦等在《快速堆肥对污泥中重金属的影响》中指出，对污泥及其堆肥产物中重金属(Zn、Cu、Ni、Cd、Pb、Cr)的含量及化学形态进行分析，发现堆肥15天后，污泥中含量较高的Zn的不稳定形态比例由37％降至16％，Zn的活性与毒性大大降低；此外Ni、Cd、Pb、Cr等元素的稳定形态所占比例也都有不同程度升高。
王守红等在《凹凸棒土对生活污泥中重金属的钝化作用》一文中的实验结果显示，生活污泥添加了凹土进行30天的培养后，其Pb、Cd、Cu、Ni、Cr、Zn等6种重金属全量值均比原污泥下降。这种钝化作用主要表现在试验的初始阶段，Pb、Cd、Cu、Ni、Cr、Zn的最大钝化量分别为0.66％、3.70％、1.74％、1.23％、0.49％、3.51％。到试验结束时，凹土对Pb、Cd、Ni、Zn钝化量均有所减小，只对Cu、Cr有钝化效果。
葛骁等在《城市生活污泥堆肥过程中重金属钝化规律及影响因素的研究》中指出，经过90天的堆肥处理，使污泥中的酸溶态及可还原态的重金属向更稳定的可氧化态及残渣态转变，显著降低了重金属的生物有效性。堆肥结束时Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb六种重金属残渣态含量比堆肥初始均有所增加，增幅分别达6.3％、6.7％、22.0％、15.2％、11.0％、40.5％。
姚岚等在《不同钝化剂对污泥堆肥过程中重金属形态的影响研究》一文中研究了粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭4种钝化剂对污泥堆肥中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr)形态的影响。实验时间为6天，其结果表明，以粉煤灰的钝化效果最为显著。不同钝化剂对不同的重金属的钝化效果不同，重金属残渣态的提高幅度如下：Cu(0.53～8.06％)、Zn(5.63～16.46％)、Pb(1.10～4.32％)、Cr(-1.76～3.10％)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耗时较短的城市生活污泥中重金属的钝化方法，以加速污泥的资源化利用。
本发明的技术方案是：
一种采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法，该重金属钝化方法包括以下步骤：
步骤一按城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:1～100:5取料；
步骤二城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌15～30min，生成城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至110℃～140℃，保温时间4～12h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
步骤一所述的城市生活污泥为未脱水的城市生活污泥。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
该方法相比现有的钝化技术，其特点是反应时间短，集污泥脱水、重金属钝化于一体。尿素是目前含氮量最高的氮肥。作为一种中性肥料，尿素适用于各种土壤和植物。将尿素作为钝化剂，没有污染元素，并能增加堆肥后污泥的肥力。采用BCR改进法对滤料做重金属形态提取，发现在尿素作用下，可还原态(T3)和可氧化态(T4)向残渣态(T5)转化，Hg、As、Pb等重金属残渣态(T5)提高24～37％，Fe、Cr等重金属残渣态(T5)提高50～69％，Cd残渣态(T5)提高13～25％。
具体实施方式
实施方式一
步骤一按未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:1取料；
步骤二未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌15min，生成未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至110℃，保温时间12h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较如表1：
表1污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较
通过对表1中数据的分析，可以看出此方法对提高污泥中重金属的残渣态(T5)效果明显。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅如表2：
表2污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅
元素 Hg As Cd Cr Pb Fe
增幅(％) 34.641 30.201 13.974 67.036 29.240 56.772
实施方式二
步骤一按未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:3取料；
步骤二未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌20min，生成未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至120℃，保温时间8h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较如表3：
表3污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较
通过对表3中数据的分析，可以看出此方法对提高污泥中重金属的残渣态(T5)效果明显。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅如表4：
表4污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅
元素 Hg As Cd Cr Pb Fe
增幅(％) 27.953 31.980 23.233 52.715 26.152 59.017
实施方式三
步骤一按未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:5取料；
步骤二未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌30min，生成未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至140℃，保温时间4h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较如表5：
表5污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较
通过对表5中数据的分析，可以看出此方法对提高污泥中重金属的残渣态(T5)效果明显。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅如表6：
表6污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅
元素 Hg As Cd Cr Pb Fe
增幅(％) 25.079 27.323 17.326 57.336 34.437 62.131
实施方式四
步骤一按未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:1取料；
步骤二未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌15min，生成未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至110℃，保温时间4h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较如表7：
表7污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较
通过对表7中数据的分析，可以看出此方法对提高污泥中重金属的残渣态(T5)效果明显。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅如表8：
表8污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅
元素 Hg As Cd Cr Pb Fe
增幅(％) 23.376 25.044 13.221 51.088 24.075 50.663
实施方式五
步骤一按未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:5取料；
步骤二未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌30min，生成未脱水的城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至140℃，保温时间12h，生成重金属被钝化的城市生活污泥，
将生成的重金属被钝化的城市生活污泥出釜，过滤出滤料和滤液。
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较如表9：
表9污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的比较
通过对表9中数据的分析，可以看出此方法对提高污泥中重金属的残渣态(T5)效果明显。污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅如表10：
表10污泥钝化前后滤料中残渣态(T5)所占百分比的增幅
元素 Hg As Cd Cr Pb Fe
增幅(％) 35.011 33.485 24.374 67.998 34.846 64.751
表1、表3、表5、表7、表9中污泥钝化前滤料中残渣态(T5)所占百分比的数据是由以下实验得到的：
步骤一取未脱水的城市生活污泥10g置于水热反应釜中；
步骤二将步骤一使用的水热反应釜放入烘箱，加热至110℃，保温12h；
步骤三将步骤二处理后的污泥出釜，过滤出滤料和滤液；
采用BCR改进法，分析生成的滤料中重金属形态及对应组分含量：取烘干的滤料0.5000g于50mL聚丙烯离心管中，按照BCR改进法要求的浸提条件和步骤进行浸提。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。污泥钝化前滤料中重金属不同形态含量及所占百分比如表11：
表11污泥钝化前滤料中重金属不同形态含量及所占百分比
注：元素Hg、As、Cd含量的单位是ug/g，其他元素含量的单位的mg/g。

Claims (2)

1.一种采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法，其特征是：该重金属钝化方法包括以下步骤：
步骤一按城市生活污泥与化学纯的尿素的质量比为100:1～100:5取料；
步骤二城市生活污泥与化学纯的尿素按步骤一的质量配比混合，置于水热反应釜中，搅拌15～30min，生成城市生活污泥与化学纯的尿素的混合物；
步骤三将步骤二使用的水热反应釜加热至110℃～140℃，保温时间4～12h，生成重金属被钝化的城市生活污泥。
2.根据权利要求1所述的采用尿素做钝化剂的城市污泥重金属钝化方法，其特征是：
步骤一所述的城市生活污泥为未脱水的城市生活污泥。
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