CN104986929B - 一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，具体包括如下步骤：取含有重金属的干污泥，分别采用0.1mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠为修复剂，超声波振荡7h，用盐酸调节pH值至2‑4后，置于以石墨为电极的电化学装置，控制电压为3.5V，极板间距为14cm，电化学处理12h，取样烘干消煮，检测污泥中剩余重金属含量。采用本发明耗电低，电解时间短，节省时间，在较宽pH范围内，剩余污泥中重金属均小于限值，电极电压稳定，性能可靠，对污泥中重金属的去除率能达到90％以上，重金属富集在阴极处，易处理，不产生二次污染，且不产生任何有害因素，处理后的污泥符合污泥农用标准，可作肥料。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法。
背景技术
城市污泥是指废水处理厂处理城市生活废水过程中产生的固体废物，是市政污水处理厂的经常性产物。随着城镇化进程的发展，进入市政污水处理厂处理的污水越来越多，污泥产量也会日益增多。
污水污泥含有丰富的有机质和植物可利用的氮、磷、钾等多种营养元素，其养分含量甚至高于普通农家厩肥，作为有机肥利用，具有改良土壤结构、增加土壤肥力、促进农作物生长等优点。
若是将如此量多的污泥进行填埋、焚烧或倒海处置，一方面会造成占用土地、污染环境等问题，另一方面也会导致宝贵资源的浪费。因此对市政生活污水处理厂剩余污泥进行农业资源化利用是一种极具经济诱惑力且节能环保的污泥综合处置途径。
在污水处理厂活性污泥法处理污水过程中，污水中的重金属元素通过细菌的吸收作用、细菌和矿物颗粒表面的吸附作用、以及同一些无机盐(如磷酸盐、硫酸盐等)的共沉淀作用等多种途径被固定下来，进入产出的污泥之中(约占废水中重金属总量的50％～80％)，这种含重金属的污泥在进行土地处理或农业利用时容易对土壤、地下水和动植物造成二次污染，具有潜在生态风险。
重金属含量问题是制约目前城市污泥土地利用的最大障碍。目前对城市污泥中重金属的去除技术主要包括生物淋滤、植物萃取、离子交换、物理化学吸附和化学分离等，现有的处理技术中存在一些缺点，如稳定化技术的治标不治本，化学处理方法的耗酸量大、处理成本大、降低污泥的肥料价值，生物去除技术的细菌的生存限制、硫酸盐污染等。在污水处理厂活性污泥法处理污水过程中，污水中的重金属元素通过细菌的吸收作用、细菌和矿物颗粒表面的吸附作用、以及同一些无机盐(如磷酸盐、硫酸盐等)的共沉淀作用等多种途径被固定下来，进入产出的污泥之中(约占废水中重金属总量的50％～80％)，这种含重金属的污泥在进行土地处理或农业利用时容易对土壤、地下水和动植物造成二次污染，具有潜在生态风险。因此，去除或降低城市污泥中重金属的含量成为城市污泥资源化中亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，利用电化学实现去除剩余污泥中重金属元素的目的。
本发明采取的技术方案为：
一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
取含有重金属的干污泥，分别采用0.1mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠为修复剂，超声波振荡7h，在室温下进行，用盐酸调节pH值至2-4，置于以石墨为电极的电化学装置，控制电压为3.5V，极板间距为14cm，电化学处理10h-12h，取样烘干消煮，检测污泥中剩余重金属含量。
一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学处理装置，其特征在于，包括若干个电解槽和石墨电极，所述电解槽是由若干块有机玻璃依次连接而成的中空长方体结构，每个电解槽长18cm，宽4cm，电解槽上面覆盖一层有孔的有机玻璃板，将石墨棒插入孔中固定在两极，石墨电极和电解槽极板的间距设置为14cm。
进一步的，所述干污泥质量：修复剂的质量体积比为1:6g/ml。
进一步的，所述修复剂中的乙二胺四乙酸铁钠可替换为乙二胺四乙酸二钠。
进一步的，所述修复剂中的EDTA可替换为在同等摩尔浓度条件下EDTA和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物。
进一步的，所述修复剂中的柠檬酸可替换为在同等摩尔浓度条件下EDTA和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物。
进一步的，处理后的污泥可作肥料本发明的有益效果为：
1、本发明采用电动技术具有去除效率高、处理时间短、二次污染风险小等优点，作为一种新兴的高效原位绿色修复技术，电动力学技术不仅能有效去除污泥中的重金属，而且不破坏污泥的肥料成分，又没有向污泥中加人不友好的物质，对污泥中重金属的去除率能达到90％以上，且不产生任何有害因素，处理后的污泥符合污泥农用标准，可作肥料。
2、采用本发明的电极电压稳定，性能可靠，重金属去除能得到理想的处理效果。
3、采用本发明耗电低，电解时间短，节省时间，在较宽pH范围(2～4)内，剩余污泥中重金属去除率范围在41％～90％，剩余污泥中重金属均小于限值，符合污泥农用标准。
4、采用本发明去除效果好，所添加的修复剂EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠对四种重金属的去除率分别达到58％、61％、60％和58％以上，剩余污泥中重金属含量均在限值以内；EDTA可替换为在同等摩尔浓度条件下EDTA和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物，对四种重金属的去除率达到65％以上；柠檬酸可替换为在同等摩尔浓度条件下柠檬酸和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物，对四种重金属的去除率达到68％以上。
5、采用本发明重金属富集在阴极处，易处理，不产生二次污染。
6、本发明采用特制的电化学处理装置，由于极板的间距设置为14cm，相对现有技术，其设置值较小，大大降低了现有技术中的电解时间，从原来的几天缩减到一天，节省了电解时间，提高了电解效率。
附图说明
图1为不同pH对污泥中重金属Cr去除率的影响；
图2为不同修复剂对污泥中重金属Cr去除率的影响；
图3为不同pH对污泥中重金属Cu去除率的影响；
图4为不同修复剂对污泥中重金属Cu去除率的影响；
图5为不同pH对污泥中重金属Ni去除率的影响；
图6为不同修复剂对污泥中重金属Ni去除率的影响；
图7为不同pH对污泥中重金属Zn去除率的影响；
图8为不同修复剂对污泥中重金属Zn去除率的影响；
图9为不同pH对污泥中重金属去除率的影响；
图10为不同修复剂对污泥中重金属去除率的影响。
具体实施方式
一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学处理装置，其特征在于，包括若干个电解槽和石墨电极，所述电解槽是由若干块有机玻璃依次连接而成的中空长方体结构，设置有6个电解槽，每个电解槽长18cm，宽4cm，电解槽上面覆盖一层有孔的有机玻璃板，将石墨棒插入孔中固定在两极，石墨电极和电解槽极板的间距设置为14cm。
实施例1
某地城市污水处理厂剩余污泥中重金属Cr、Cu含量分别为896、10313mg/kg，称取20g干污泥，分别放入120ml的0.1mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠，超声波振荡7h，用盐酸调节pH值至2-4，进入以石墨为电极的电化学装置，电压为3.5V，极板间距为14cm，经12h电化学处理后，取样烘干消煮，检测出污泥中剩余重金属Cr、Cu含量均在限值以内，符合污泥农用标准。具体去除效果见图1～图4。
实施例2
某地城市污水处理厂剩余污泥中重金属Ni、Zn含量分别为284、1648mg/kg，称取20g干污泥，分别放入120ml的0.1mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠，超声波振荡7h，用盐酸调节pH值至2-4后，进入以石墨为电极的电化学装置，电压为3.5V，极板间距为14cm，经12h电化学处理后，取样烘干消煮，检测出污泥中剩余重金属Ni、Zn含量均在限值以内，符合污泥农用标准。具体去除效果见图5～图8。
实施例3
某地城市污水处理厂剩余污泥中重金属Cr、Cu、Ni、Zn含量分别为896、1031、284、1648mg/kg，称取20g干污泥，分别放入120ml的0.1mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸，超声波振荡7h，用盐酸调节pH值至2和3后，进入以石墨为电极的电化学装置，电压为3.5V，极板间距为14cm，经12h电化学处理后，取样烘干消煮，检测出污泥中剩余重金属Cr、Cu、Ni、Zn含量均在限值以内，符合污泥农用标准。具体去除效果见图9～图10。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
取含有重金属的干污泥，分别采用0.1 mol/L EDTA、柠檬酸、酒石酸和EDTA铁钠为修复剂，所述干污泥质量：修复剂的体积比为1:6 g /ml，超声波振荡7 h，在室温下进行，用盐酸调节pH值至2-4，置于以石墨为电极的电化学装置，控制电压为3.5 V，极板间距为14 cm，电化学处理10h-12 h，取样烘干消煮，检测污泥中剩余重金属含量；
所述电化学处理装置，包括若干个电解槽和石墨电极，所述电解槽是由若干块有机玻璃依次连接而成的中空长方体结构，每个电解槽长18 cm，宽4 cm，电解槽上面覆盖一层有孔的有机玻璃板，将石墨棒插入孔中固定在两极。
2.根据权利要求1所述一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，所述修复剂中的乙二胺四乙酸铁钠替换为乙二胺四乙酸二钠。
3.根据权利要求1所述一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，所述修复剂中的EDTA替换为在同等摩尔浓度条件下EDTA和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物。
4.根据权利要求1所述一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，所述修复剂中的柠檬酸替换为在同等摩尔浓度条件下EDTA和酒石酸按照体积比为1:1组成的混合物。
5.根据权利要求1所述一种用于去除剩余污泥中重金属的电化学方法，其特征在于，处理后的污泥作肥料。
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