CN107793001A

CN107793001A - 可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂

Info

Publication number: CN107793001A
Application number: CN201710858955.4A
Authority: CN
Inventors: 杜玉成; 张丰; 李强; 李杨; 吴俊书; 王学凯; 祁超
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-03-13
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: CN107793001B

Abstract

本发明提出一种可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂，包括质量份的以下成分：硅藻土10‑20份，沸石10‑20份，火山灰10份，复合絮凝剂3‑5份；其中所述复合絮凝剂为聚合物和膨润土复合的絮凝剂。本发明还提出所述河道污泥处置剂的制备和应用。本发明的河道污泥处置剂的制备方法简单、固化河道污泥中重金属离子效好。该河道污泥处置剂整体材料为天然多孔材料加工而成，整体价便宜，可显著降低污泥处置的运营费用，具有市场竞争力，适宜推广。

Description

可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂

技术领域

本发明属于污泥的处理领域，具体涉及一种用于含重金属污泥的处理剂及其制备和应用。

背景技术

随着治理“黑污臭”国家环保专项的实施，河道污泥的清淤与治理已在多地开展。河道污泥的治理主要解决污泥脱水问题和后期堆放处置，当河道污泥中含有一定量的高危害污染物时，其污泥脱水过程中还要兼顾污泥滤液达标问题。在我国的南方污泥主要以流体形式处置；而在我国的北方冰冻期较长，冰冻期间污泥主要以固体形式处置，且这种方式处置污泥，效率要远远高于流体形式处理污泥，因此在北方的河道污泥处理，以冬季施工为主(如吉林长春伊通河流域黑、污、臭河道的改造治理工程)。但河道污泥冬季施工面临两个问题，一是传统的污泥脱水剂和污水絮凝剂无法使用(即污水中污染物不能有效絮凝固化在污泥中)；二是冬季结束后，所堆放污泥中的污水会大量溶化流出，当污水中含可溶性有机物或重金属离子等高危害污染物时，将会造成二次污染。因此研究制备可在冬季施工时，能吸附固化重金属离子等污染物，并可有效防止河道污泥污水溶出时二次污染的河道污泥处置剂及使用方法，非常重要。如要实现上述设想，其用量将远远大于在流体状态下的使用量，因此，该类的污泥处理剂在保持有效功能的同时，要求价格非常低。

发明内容

基于上述分析的现有技术存在的问题，本发明以天然多孔矿物为主要原料，以微量矿物改性絮凝剂、少量商用无机絮凝剂，配伍制备了可在冬季施工、能吸附固化重金属离子的河道污泥处理剂。

本发明还提出所述河道污泥处置剂的应用方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂，包括质量份的以下成分：

硅藻土10-20份，沸石10-20份，火山灰10份，复合絮凝剂3-5份；

其中所述复合絮凝剂为聚合物和膨润土复合的絮凝剂。

本发明中，所述的质量份为本领域技术人员常用的质量单位，例如可以是克，千克，吨，或为了操作方便自定的质量单位。在同一个配方中，“份”表示的质量相同。

其中，所述火山灰的粒度为1-5mm，硅藻土中SiO₂含大于60％，所述沸石的细度为200-500目。

更优选地，所述复合絮凝剂为改性膨润土和聚合氯化铝铁复合而成，其中改性膨润土和聚合氯化铝铁(均为固体)的质量比例为1：10，所述改性膨润土是阳离子或非离子丙烯酰胺改性。

其中，所述改性膨润土制备步骤为：将天然膨润土与聚丙烯酰胺乳液(阳离子或非离子型)按重量比1：0.8-1.2混合成膏状物，混合时间为40-60min；挤出、切割为颗粒，60℃以下快速干燥。

颗粒切割的尺寸可以是1-10mm。实际使用时颗粒越小越好，考虑到运输、加工时有粉尘等问题，因此建议加工为1-10mm的颗粒。

具体改性步骤可以为：将天然膨润土过325目筛，与聚丙烯酰胺乳液按重量比1：1在流动性不大的条件下(半干状态)均匀挤压混合成膏状物，混合时间为40-60min；对已挤压均匀的膏状混合物，进行线状挤压分散并同时切割，60℃以下快速干燥。

通常，液态聚丙烯酰胺固含量不小于40％。

选用设备可以为捏合机与挤条机。

所述的河道污泥处置剂的制备方法，包括步骤：

1)将硅藻土、沸石配伍，制备为天然多孔矿物吸附剂，将火山灰与所述天然多孔矿物吸附剂配伍。

2)将改性膨润土与聚合氯化铝铁配伍，制备为复合絮凝剂。

3)将步骤1)所得混合物与复合絮凝剂配伍，制备为可冬季施工，能吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂。

本发明所述的河道污泥处置剂在处理河道污泥中的应用，其中，所述河道污泥至少有部分处于冰冻状态。

其中，所述河道污泥中含有总量为5～1000mg/kg的重金属离子；河道污泥中加入所述河道污泥处置剂的比例为100：1～5。

所述的应用可以为，向河道污泥中加入所述河道污泥处置剂，混合均匀后过滤，收集泥饼，将滤液排出。

对于冰冻状态污泥，比不冰冻的处置剂用量要多。本发明的一种优选技术方案为，向冰冻河道污泥中加入所述河道污泥处置剂，河道污泥中加入所述河道污泥处置剂的比例为100：5-6，放置至冰冻污泥溶化后压滤，收集泥饼，将滤液排出。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的可冬季施工能吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂的制备方法简单，应用方便，易于推广。将制备得到的可冬季施工能吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂通过对吉林长春通对伊通河含重金属离子的实际污泥进行仿冬季施工条件实验，当Pb、Ni、Hg等重金属含量分别为27.55mg/kg、206.40mg/kg、3.46mg/kg时，采用本发明的污泥处置剂吸附固化后，冰冻污泥溶化流出滤液，Pb、Ni、Hg浓度分别为0.06mg/kg、0.50mg/kg、0.02mg/kg，远低于各自重金属离子国家标准要求，其去除率分别为：99.80％、99.75％、99.42％。

本发明的河道污泥处置剂的制备方法简单、固化河道污泥中重金属离子效好。该河道污泥处置剂整体材料为天然多孔材料加工而成，整体价便宜，可显著降低污泥处置的运营费用，具有市场竞争力，适宜推广。

具体实施方式

本发明的方案为：以聚丙烯酰胺乳液(阳离子型、非离子型两种)改性膨润土为有机絮凝剂、以聚合氯化铝铁为无机絮凝剂，以靖宇县所产火山灰为骨架，以天然硅藻土、沸石等多孔矿物为吸附剂，按一定比例混合搅拌均，制备河道污泥用矿物污泥处理剂。

将冰冻污泥碾压破碎，与上述河道污泥用矿物污泥处理剂按一定量混合后，堆存。待溶化后压滤，收集滤液进行重金属离子测试。

将流体污泥与一定比例河道污泥用矿物污泥处理剂混合后，压滤，收集滤液进行重金属离子测试，用作对比。

将流体污泥直接压滤，收集滤液进行重金属离子测试，用作对比。

以下通过具体实施例来说明本发明，但不是用来限制本发明的范围。

具体实施方式中的组成材料的性能指标：

各组成材料的性能指标：

火山灰：粒度1-5mm，有效成份含量大于90％；

硅藻土：SiO₂含大于60％，未煅烧粉末；

天然沸石：细度325目，有效成份大于80％，吸附氨量180mg/g。实施例1河道污泥处置剂配比组成

将硅藻土、沸石按1：1配伍，制备天然多孔矿物吸附剂，标记组分A。

将火山灰与组分A按1：3配伍，制备骨架与矿物吸附剂混合物，标记组分B。

膨润土的改性步骤为：将天然膨润土过325目筛，与聚丙烯酰胺乳液(阳离子型)按重量比1：1在捏合机内均匀挤压混合成膏状物，混合时间为40min；对已挤压均匀的膏状混合物，挤条机挤出切割为颗粒(1-5mm尺寸)，在烘干机内60℃快速干燥(干燥4小时)。

将聚丙烯酰胺(阳离子型)改性膨润土与聚合氯化铝铁按1：10配伍，制备复合絮凝剂，标记为组分C。

将组分B与组分C按10：1配伍，制备可冬季施工，能吸附固化重金属离子的河道污泥污处置剂一。

其中，购于胜利油田胜利化工有限责任公司，有效物质含量≥40％。

实施例2河道污泥处置剂配比组成

组分A、B、改性膨润土的制备方法同实施例1。

将聚丙烯酰胺(非离子型)改性膨润土与聚合氯化铝铁按1：10配伍，制备复合絮凝剂，标记为组分D。

将组分B与组分D按10：1配伍，制备可冬季施工，能吸附固化重金属离子的河道污泥污处置剂二。

其中，聚丙烯酰胺乳液(非离子型)购于胜利油田胜利化工有限责任公司，有效物质含量≥40％。

实施例3

东北地区含Pb、Ni、Hg等重金属离子的河道污泥，冬季挖出摊放，融化时流出污水含重金属离子，造成环境污染。

采用本发明河道污泥处置剂，实验室试验为：

将长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥，冰柜中冷冻成固态，取出后切断成20-50mm见方的块体。将块体污泥与河道污泥污处置剂一按100：5混合均匀后堆存。待冰冻污泥融化后，压滤，取滤液污水，检测重金属离子Pb、Ni、Hg浓度，与初始污泥中Pb、Ni、Hg的浓度对比，计算出重金属离子的固化率(即重金属离子固化效率％)。Pb、Ni、Hg固化率为99.80％、99.75％、99.42％。

将长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥，冰柜中冷冻成固态，取出后切断成20-50mm见方的块体。将块体污泥与河道污泥污处置剂二按100：5混合均匀，堆存。待冰冻污泥溶化后，压滤，取滤液污水，检测重金属离子Pb、Ni、Hg浓度，与初始污泥中Pb、Ni、Hg的浓度对比，计算出重金属离子的固化率(即重金属离子固化效率％)。Pb、Ni、Hg固化率为99.31％、99.50％、99.37％。

下面示出两个不进行冰冻的试验例。

将长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥(流体状态)与河道污泥污处置剂一按100：1混合均匀，搅拌15min，放置20min后，压滤，取滤液污水，检测重金属离子Pb、Ni、Hg浓度，与初始污泥中Pb、Ni、Hg的浓度对比，计算出重金属离子的固化率(即重金属离子固化效率％)。用于对比。Pb、Ni、Hg固化率为99.87％、99.90％、99.65％。

将长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥(流体状态)与河道污泥污处置剂二按100：1混合均匀，搅拌15min，放置20min后，压滤，取滤液污水，检测重金属离子Pb、Ni、Hg浓度，与初始污泥中Pb、Ni、Hg的浓度对比，计算出重金属离子的固化率(即重金属离子固化效率％)。用于对比。固化率为99.88％、99.70％、99.68％。

将长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥(流体状态)直接压滤，取滤液污水，检测重金属离子Pb、Ni、Hg浓度，与初始污泥中Pb、Ni、Hg的浓度对比，计算出重金属离子流出率，用于对比。流出率为96.74％、97.53％、96.92％。

以长春伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的实际污泥为研究对象，以冰冻前后污泥溶液中重金属离子的浓度分析为考查指标，进行污泥处理剂的配伍和使用方法条件实验。经处理的冰冻污泥，溶化后流出污水中Pb、Ni、Hg等重金属离子均远低国家标准要求的下限，符合形成污泥与固化剂的混合体排放标准。

由以上试验可知，本发明提出的河道污泥处置剂，在冬季和其他季节一样，可以有效分离出重金属离子。

实施例4

伊通河含Pb、Ni、Hg等重金属离子的河道污泥，冬季冰冻后挖出，进行小颗粒化破碎，颗粒粒度在1～8cm，将破碎污泥与污泥处置剂一按重量比100:5，铺一层冻泥、再铺一层本发明的河道污泥处置剂一，形成污泥与固化剂均匀混合的混合体，堆存。天气变暖后融化出水返回河道，剩余污泥进行下一步处置。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂，其特征在于，包括质量份的以下成分：

硅藻土10-20份，沸石10-20份，火山灰10份，复合絮凝剂3-5份；

其中所述复合絮凝剂为聚合物和膨润土复合的絮凝剂。

2.根据权利要求1所述的河道污泥处置剂，其特征在于，所述火山灰的粒度为1-5mm，硅藻土中SiO₂含大于60％，所述沸石的细度为200-500目。

3.根据权利要求1所述的河道污泥处置剂，其特征在于，所述复合絮凝剂为改性膨润土和聚合氯化铝铁复合而成，其中改性膨润土和聚合氯化铝铁的质量比例为1：10，所述改性膨润土是阳离子或非离子型聚丙烯酰胺乳液改性。

4.根据权利要求3所述的河道污泥处置剂，其特征在于，所述改性膨润土制备步骤为：将天然膨润土与聚丙烯酰胺乳液按重量比1：0.8-1.2混合成膏状物，混合时间为40-60min；挤压切割为颗粒，60℃以下快速干燥。

5.权利要求1-4任一项所述的河道污泥处置剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)将硅藻土、沸石配伍，制备为天然多孔矿物吸附剂，将火山灰与所述天然多孔矿物吸附剂配伍，

2)将改性膨润土与聚合氯化铝铁配伍，制备为复合絮凝剂，

3)将步骤1)所得混合物与复合絮凝剂配伍，制备为可冬季施工的吸附固化重金属离子的河道污泥处置剂。

6.权利要求1-4任一项所述的河道污泥处置剂在处理河道污泥中的应用，其特征在于，所述河道污泥至少有部分处于冰冻状态。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述河道污泥中含有总量为5-1000mg/kg的重金属离子；河道污泥中加入所述河道污泥处置剂的比例为100：1-6。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，向冰冻河道污泥中加入所述河道污泥处置剂，河道污泥中加入所述河道污泥处置剂的比例为100：5-6，放置至冰冻污泥溶化后压滤，收集泥饼，将滤液排出。