CN109279745A - 一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法 - Google Patents

一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法。首先对污泥预处理，添加生物螯合剂搅拌，然后组装电动装置进行电动处理实验。本发明使用利用阳极室中电解水产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用和污泥室的螯合剂产生螯合作用来共同促进污泥中重金属的溶解，和阴极电解质HNO3不断调节阴极pH，三者共同作用，获得较高的污泥去除效率。处理后污泥中40.70‑52.66％重金属被去除，其含量低于国家标准。利用保温材料对电动装置进行保温，减少热量损失，利用传统电动损失余热加热污泥区，维持污泥温度，从而降低工艺能耗。

Description

一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的 方法
技术领域
本发明涉及工业污泥处理领域，具体地，涉及一种利用新型螯合剂耦合电动法去除燃煤电厂脱硫废水污泥重金属的方法。
背景技术
燃煤电厂所排放的烟气中含有大量的SO2和粉尘，对环境造成了严重污染，对燃煤电厂进行烟气脱硫是减少SO2排放的重要方法。截止2015年底，我国安装脱硫设施的煤电机组已由2010年的5.8亿千瓦增加到8.9亿千瓦，安装率由83％增加到99％以上。目前，石灰石-石膏湿法脱硫是我国燃煤电厂重点推广使用的技术。但是，石灰石-石膏湿法脱硫技术的广泛使用导致脱硫污泥产量日益增加。以2015年底全国燃煤电厂安装脱硫设施的煤电机组总装机容量计算，机组24h正常运行，年产生含水率70％～80％的污泥量约为900万吨。如此庞大的脱硫污泥，如果采用填埋或者焚烧的方式处置，一方面造成资源的浪费，另一方面会对环境造成额外的污染危害。电厂燃煤中含有各种重金属元素，当进入锅炉燃烧时，煤中的重金属元素在燃烧过程中释放，一部分随着烟气进入脱硫系统后，沉积在脱硫污泥中。这些污泥中的重金属含量已经严重超过《城镇污水处理厂污泥处置-农用泥质》(CJ/T309-2009)，《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》(CJ/T248-2007)，《中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准》(GB15618-1995)等标准。如果不进行处理，这些重金属会进入土壤或地下水体环境，进而影响人们的身体健康。
目前常见的脱除重金属方法有化学淋洗法、化学修复法、热化学转化法、植物修复法、生物淋滤法，联合修复法等。然而这些方法均存在不足之处。化学法的无机酸、有机酸等耗酸量大，费用昂贵。植物修复法受地理条件影响，一种植物通常只吸收一两种元素。生物淋滤法菌种繁殖速度慢，培养时间长处理效果不太稳定。电动法因操作简便、见效快、可控性强、二次污染少而被广泛关注。传统电动法因为添加无机酸酸化、不可降解螯合剂等导致耗酸量大，去除效率低。尝试研究新型生物可降解螯合剂耦合电动处理技术是脱硫废水污泥的无害化、资源化利用的新方向。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法。
本发明为解决背景技术中的技术问题，采用的技术方案是：一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法，包括如下步骤：
1)污泥预处理
燃煤电厂脱硫废水污泥，自然风干，研磨后过筛过滤；
按污泥重金属总含量配制0.05mol/L的可降解生物螯合剂；
按液固比1:3添加一定量的螯合剂溶液，机械搅拌混合均匀；
2)电动装置组装
用阳离子膜置于夹槽中，将阳极室和阴极室与污泥区域隔开，将静置好的与螯合剂混合均匀的污泥倒入污泥室中，在阳极室添加250mL去离子水，在阴极室添加250mL0.1mol/LHNO3溶液，静置24h，使其达到渗透压平衡；
分别在阳极室和阴极室插入石墨板电极，连接电源；
在阴极室安装蠕动泵对电解质进行循环；
在电动装置周围包裹一层2cm厚的聚乙烯泡沫与外界环境隔热；
3)电解实验
在电场作用下，阳极室中水不断电解产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解；
污泥室的螯合剂产生螯合作用，两者共同在电迁移和电渗透的作用下将重金属迁移到阴极室与阴极电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀；
阴极电解质HNO3不断调节阴极pH，从而实现提高污泥去除效率。
本发明所述步骤1)中生物螯合剂包括谷氨酸N,N二乙酸四钠(GLDA)、亚氨基二琥珀酸四钠(IDS)和乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)溶液。
本发明所述步骤3)具体步骤如下：
(1)检查电路和蠕动泵连接管路，打开电源，设置电压恒定为32V，电压降1.6V/cm，打开蠕动泵，设置流速0.37mL/min；
(2)在电场作用下，阳极室中水不断电解产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解；
(3)污泥室的螯合剂产生螯合作用，两者共同在电迁移和电渗透的作用下将重金属迁移到阴极室与阴极电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀，而阴极电解质HNO3不断调节阴极pH。
本发明所述步骤2)中保持电解质溶液性质恒定，电解质溶液每24小时更新一次保持实验的连续操作并确保电解质添加的规律性。
本发明污泥中重金属包括As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn。
有益效果：
1、利用阳极室中电解水产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用和污泥室的螯合剂产生螯合作用来共同促进污泥中重金属的溶解，和阴极电解质HNO3不断调节阴极pH，三者共同作用，得到比较高的污泥去除效率。
2、使用生物可降解螯合剂，处理速度快，工艺简单，去除效率高，添加的螯合剂生物可降解性好，对环境友好，不影响污泥的后续处理。
3、采用聚乙烯泡沫与外界环境隔热，减少热量损失，降低系统工艺能耗。
附图说明
图1为本发明的电动处理实验装置：a为平面尺寸；b为装置剖面。
附图标记：1-稳压直流电源；2-温度计；3-蠕动泵；4-蠕动管；5-储存器；6-阳极室；7-石墨板电极；8-滤纸；9-污泥室；10-阴极室
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明作一步说明。实验装置如图1所示。
实施例1
污泥样品取自广州某燃煤电厂湿法脱硫后的脱硫废水污泥，经机械脱水后，含水率9.93％，固含量为90.07％，污泥样品(干基)中的重金属含量如表1。
表1污泥样品(干基)中重金属含量(mg/kg)
首先进行污泥预处理：燃煤电厂脱硫废水污泥，自然风干，研磨后过80目筛过滤。取500g污泥，按污泥重金属含量配制0.05mol/L的螯合剂GLDA溶液，按液固比1:3添加一定量的螯合剂溶液，机械搅拌混合均匀。
其次，电动装置组装：用阳离子膜置于夹槽中，将阳极室和阴极室与污泥区域隔开，将静置好的污泥倒入污泥室中，在阳极室添加250mL去离子水，在阴极室添加250mL0.1mol/LHNO3溶液，静置24h，使其达到渗透压平衡。分别在阳极室和阴极室插入石墨板电极，连接到电源。在阴极室安装蠕动泵将电解质进行循环。在电动装置周围包裹一层2cm厚的聚乙烯泡沫进行隔热。
然后是电解实验：检查电路和蠕动泵连接管路，打开电源，设置电压恒定为32V，电压降1.6V/cm，打开蠕动泵，设置流速0.37mL/min，电解120h。在电场作用下，阳极室中水不断电解产生的H+和阴极区HNO3产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解，污泥室的螯合剂螯合作用，在电迁移的作用下将重金属迁移到阴极室与电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀。每24h更换一次电解质溶液。
电动实验结束后，污泥中残留的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量如表2：
表2电动处理前后污泥重金属含量(mg/kg)及去除率(％)
可以看出，污泥中As、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn的去除效率较高。Zn的去除效率最高，Cd的去除效率最低，综合去除效果好，符合国家相关排放标准。
实施例2
污泥样品取自张家口某燃煤电厂湿法脱硫后的脱硫废水污泥，经机械脱水后，含水率10.23％，固含量为89.77％，污泥样品(干基)中的重金属含量如表3。
表3污泥样品(干基)中重金属含量(mg/kg)
首先进行污泥预处理：燃煤电厂脱硫废水污泥，自然风干，研磨后过80目筛过滤。取500g污泥，按污泥重金属含量配制0.05mol/L的螯合剂GLDA溶液，按液固比1:3添加一定量的螯合剂溶液，机械搅拌混合均匀。
其次，电动装置组装：用阳离子膜置于夹槽中，将阳极室和阴极室与污泥区域隔开，将静置好的污泥倒入污泥室中，在阳极室添加250mL去离子水，在阴极室添加250mL0.1mol/LHNO3溶液，静置24h，使其达到渗透压平衡。分别在阳极室和阴极室插入石墨板电极，连接到电源。在阴极室安装蠕动泵将电解质进行循环。在电动装置周围包裹2cm厚的聚乙烯泡沫进行隔热。
然后进行电解实验：检查电路和蠕动泵连接管路，打开电源，设置电压恒定为32V，电压降1.6V/cm，打开蠕动泵，设置流速0.37mL/min，电解120h。在电解作用下，阳极室中水不断电解产生的H+和阴极区HNO3产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解，污泥室的螯合剂螯合作用，在电迁移的作用下将重金属迁移到阴极室与电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀。每24h更换一次电解质溶液。
电动实验结束后，污泥中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量变化如表4所示。
表4电动处理前后污泥重金属含量(mg/kg)及去除率(％)
可以看出，污泥中As、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn的去除效率较高。Zn的去除效率最高，Cd的去除效率最低，综合去除效果好，符合国家相关排放标准。
可以看出，本发明提出低成本技术方案能够有效去除脱硫废水污泥中的重金属，在不改变污泥性质的同时，采用生物可降解螯合剂保护了自然界土壤环境，同时由于使用采用聚乙烯泡沫与外界环境隔热，降低热量损失，降低系统能耗利用效率。对环境保护和电厂脱硫废水污泥的资源利用具有十分有益的意义。
上述案例为本发明三种螯合剂GLDA、IDS、Na2EDTA中最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述案例的限制，其他任何未背离本发明的原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的转换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法,其特征在于，包括如下步骤：
1)污泥预处理
燃煤电厂脱硫废水污泥，自然风干，研磨后过筛过滤；
按污泥重金属总含量配制0.05mol/L的可降解生物螯合剂；
按液固比1:3添加一定量的螯合剂溶液，机械搅拌混合均匀；
2)电动装置组装
用阳离子膜置于夹槽中，将阳极室和阴极室与污泥区域隔开，将静置好的与螯合剂混合均匀的污泥倒入污泥室中，在阳极室添加250mL去离子水，在阴极室添加250mL 0.1mol/LHNO3溶液，静置24h，使其达到渗透压平衡；
分别在阳极室和阴极室插入石墨板电极，连接电源；
在阴极室安装蠕动泵对电解质进行循环；
在电动装置周围包裹一层2cm厚的聚乙烯泡沫与外界环境隔热；
3)电解实验
在电场作用下，阳极室中水不断电解产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解；
污泥室的螯合剂产生螯合作用，两者共同在电迁移和电渗透的作用下将重金属迁移到阴极室与阴极电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀；
阴极电解质HNO3不断调节阴极pH，从而实现提高污泥去除效率。
2.根据权利要求1所述的一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法,其特征在于，所述步骤1)中生物螯合剂包括谷氨酸N,N二乙酸四钠(GLDA)、亚氨基二琥珀酸四钠(IDS)和乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)溶液。
3.根据权利要求1所述的一种生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法,其特征在于，所述步骤3)具体步骤如下：
(1)检查电路和蠕动泵连接管路，打开电源，设置电压恒定为32V，电压降1.6V/cm，打开蠕动泵，设置流速0.37mL/min；
(2)在电场作用下，阳极室中水不断电解产生的H+在电迁移和电渗透的作用下，转移到污泥中产生酸化作用来促进污泥中重金属的溶解；
(3)污泥室的螯合剂产生螯合作用，两者共同在电迁移和电渗透的作用下将重金属迁移到阴极室与阴极电解产生OH-形成难溶氢氧化物沉淀，而阴极电解质HNO3不断调节阴极pH。
从而实现提高污泥去除效率的目的。为了保持电解质溶液性质恒定，电解质溶液每24小时更新一次保持实验的连续操作并确保电解质添加的规律性。
4.根据权利要求1所述的生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法，其特征在于，废水污泥中重金属包括As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn。
5.根据权利要求1所述的生物降解螯合剂耦合电动去除脱硫废水污泥重金属的方法，其特征在于，所述步骤2)中电解质溶液每24小时更新一次保持实验的连续操作。
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