CN106865929B - 以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法 - Google Patents

以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法 Download PDF

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Abstract

以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，它涉及一种去除污泥中重金属的方法。本发明是为了解决现有的去除污泥中重金属对环境产生二次污染问题。本方法按照以下步骤进行：将污泥烘干粉碎并过筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂溶液和氯化钙溶液，在温度为20℃‑25℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，静置，离心，即完成。鼠李糖脂主要是微生物代谢物，具有相容性好、功能基团较多、能自然降解的优点；氯化钙具有较强的离子置换强度。该洗涤剂在处理污泥过程中无需外加酸、络合剂，不需要调节pH值，操作简便；同时避免二次污染本发明方法对污泥中重金属Zn的去除率为55％‑72％，Cu的去除率为48％‑70％。本发明属于去除污泥中重金属的技术领域。

Description

以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法
技术领域
本发明涉及一种去除污泥中重金属的方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展及工业化进程的加快，导致我国污水处理量增加，造成城市污水处理厂污泥的产生量逐年增加。据国家统计局2015年公布的中国统计年鉴显示，2014年我国废水年排放总量为7161750万吨，以此估算，国内污水污泥总产量将达到5013.2万吨/年(按污泥含水量80％计)，如此巨大数量的污水污泥亟待妥善处理与处置。污水污泥因富含各类有机质、氮、磷等营养物质，如果将这些污泥中的营养物质加以利用，将产生巨大的经济效益和社会效益。
我国目前采用的污水处理方式大部分为生物法，在污水处理的过程中，污水中约有50-60％的重金属离子转移到污泥中，导致污泥中重金属超标，不同地方、不同处理工艺，污泥中的重金属含量存在差异。部分地区污泥重金属的含量大大超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)标准限值。污泥处理不当，将会造成污泥中重金属被植物吸收，通过食物链进入人体富集，最终会对人体的健康造成严重的危害。
污泥中重金属的去除技术主要包括：电动力去除技术、化学法、生物淋滤法等。电动力去除技术处理的重金属去除率高、处理时间短，但是该技术处理电能消耗大，每次处理的污泥量有限，通常情况下会与其它的处理技术联用提高重金属去除效率，造成成本增加，因此该方法应用受到限制。化学法就是利用各种酸或络合剂将污泥中的重金属萃取到溶液中，然后再进行固液分离，溶液中的重金属再做进一步的处理，化学法处理污泥中的重金属的效果良好，由于要对污泥进行酸化，需要大量的试剂，同时处理过后的酸性溶液也需要中和，对设备防腐蚀的能力要求高，试剂成本和设备成本比较大；生物淋滤技术是利用微生物产生酸性条件，在酸性条件下污泥中的重金属释放到溶液中去，再经过泥水分离，来达到污泥重金属去除的目的。生物淋滤方法常用的微生物是氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌等嗜酸性硫杆菌。生物淋滤过程中耗酸量少，氮、磷等元素损失小；由于淋滤过程中pH会降到2左右，造成后续重金属废液处理难度进一步增加，成本也随之增加。
发明内容
本发明是要解决现有处理重金属的方法对环境产生二次污染的技术问题，提供了一种以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法。
以鼠李糖脂和氯化钙混合液为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥烘干粉碎并过筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液，鼠李糖脂和氯化钙的混合液中鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂的浓度为1.0g/L-2.0g/L，氯化钙的浓度为0.01mol/L，鼠李糖脂和氯化钙的混合溶液与污泥的液固比为10:1-50:1，在温度为20℃-25℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
本发明中鼠李糖脂和氯化钙的混合液与污泥的液固比在10:1-50:1之间，若液固比过大或过小都会造成污泥中重金属去除效率降低。
生物表面活性剂应用到污泥中重金属去除，取决于污泥的性质与土壤不同，污泥的主要性质有：污泥的有机质含量较高(通常为40％-50％左右)，无机物含量较少(低于10％)；同时污泥中含有大量的营养元素(氮、磷、钾)，而土壤中含有较高的无机质，有机质含量相对较少，营养元素的含量也远远低于污泥中营养元素的含量，为了实现污泥农用，需要将污泥中的重金属实现去除。
生物表面活性剂去除污泥中重金属与土壤中重金属原理的差异：
要实现污泥中重金属具有较高的去除效果，必须将污泥中内部的重金属进行释放，生物表面活性剂能将污泥中的部分有机质(蛋白质、脂类、糖类)溶解，将污泥内部的重金属释放到溶液中；降低表面张力，增加重金属的溶解性；同时通过表面存在的功能基团(羧基、羟基等)与重金属发生络合反应，进一步提高污泥中重金属的去除效率；另外，生物表面活性剂对污泥中重金属的可氧化态和残渣态具有较高的去除效果，在一定程度上增加了重金属的去除效率。
生物表面活性剂在去除有机物方面(石油、有毒有害有机物)的原理：
生物表面活性剂一方面可以充分乳化烃类，使底物得以很好的分散，增加油类物质的分散程度；另一方面可以改变油类物质的疏水性，使其溶解于水中，增加油类物质的水溶性。
本发明提供一种以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，以鼠李糖脂和氯化钙为污泥重金属去除剂，鼠李糖脂主要是微生物代谢物，具有相容性好、功能基团较多、能自然降解的优点；氯化钙具有较强的离子置换强度；整个反应过程无需外加酸、络合剂，不需要调节pH值，操作简便，重金属去除效率高，处理后的污泥满足我国城市污泥的农用标准，同时避免二次污染，处理成本低。
经过分析测试，本发明方法对污泥中重金属Zn的去除率为55％-72％，Cu的去除率为48％-70％。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式以鼠李糖脂和氯化钙的混合液为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥烘干粉碎并过筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液，鼠李糖脂和氯化钙的混合液中鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂的浓度为1.0g/L-2.0g/L，氯化钙的浓度为0.01mol/L，鼠李糖脂和氯化钙的混合溶液与污泥的液固比为10:1-50:1，在温度为20℃-25℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为15:1。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为20:1。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥质量比为25:1。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为30:1。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为35:1。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥与的液固比为40:1。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤一中所述温度为21℃。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤一中所述温度为22℃。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤一中所述温度为23℃。其他与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥于105℃下烘干粉碎并过100目筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液(鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂浓度为1g/L，氯化钙浓度为0.01mol/L)。鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥液固比为10:1，在温度为23℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
经过分析测试，本发明对污泥中重金属Zn的去除率为55％，Cu的去除率为48％，处理后的污泥满足我国污泥农用标准。
实验二：
以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥于105℃下烘干粉碎并过100目筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液(鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂浓度为1g/L，氯化钙浓度为0.01mol/L)。鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为30:1，在温度为24℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
经过分析测试，本发明对污泥中重金属Zn的去除率为65％，Cu的去除率为60％，处理后的污泥满足我国污泥农用标准。
实验三：
以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥于105℃下烘干粉碎并过100目筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液(鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂浓度为1g/L，氯化钙浓度为0.01mol/L)。鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为50:1，在温度为25℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
经过分析测试，本发明对污泥中重金属Zn的去除率为72％，Cu的去除率为70％，处理后的污泥满足我国污泥农用标准。
实验四(对比试验)：
以鼠李糖脂为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥于105℃下烘干粉碎并过100目筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂浓度为1g/L的鼠李糖脂水溶液，鼠李糖脂水溶液污泥与的液固比为50:1，在温度为23℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂为洗涤剂去除污泥中重金属。
经过分析测试，对污泥中重金属Zn的去除率为40％，Cu的去除率为30％，处理后的污泥满足我国污泥农用标准，但重金属去除率低于实验三。

Claims (10)

1.以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法按照以下步骤进行：
一、反应：将污泥烘干粉碎并过筛后加入到反应器中，加入鼠李糖脂和氯化钙的混合液，鼠李糖脂和氯化钙的混合液中鼠李糖脂与氯化钙体积比为1:1，鼠李糖脂的浓度为1.0g/L-2.0g/L，氯化钙的浓度为0.01mol/L，鼠李糖脂和氯化钙的混合溶液与污泥的液固比为10:1-50:1，在温度为20℃-25℃的条件下，以200rmp/min的速度搅拌反应24h，得泥水混合液；
二、固液分离：将步骤一的泥水混合液静置24h，然后以8000rpm/min的离心转速离心15min，即完成以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属。
2.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为15:1。
3.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为20:1。
4.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为25:1。
5.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为30:1。
6.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为35:1。
7.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述鼠李糖脂和氯化钙混合液与污泥的液固比为40:1。
8.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述温度为21℃。
9.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述温度为22℃。
10.根据权利要求1所述以鼠李糖脂和氯化钙为洗涤剂去除污泥中重金属的方法，其特征在于步骤一中所述温度为23℃。
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