CN109422432A

CN109422432A - 一种新型淋洗剂的制备方法和应用

Info

Publication number: CN109422432A
Application number: CN201710729726.2A
Authority: CN
Inventors: 王祥; 李小明; 杨麒; 曾光明; 王亚利; 徐秋翔; 陈寻峰; 赵庆圆
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-03-05

Abstract

本发明公开了一种新型淋洗剂的制备方法和应用，属于污泥资源化领域。其制备方法包括：将市政污泥自然沉降18～24h，使其总悬浮固体浓度达到15000～20000mg/L，然后用超声波细胞粉碎机进行破胞，控制超声功率密度和超声时间；将破胞后的泥水混合液离心得到上清液；将上清液依次用定性滤纸和0.45um的微孔滤膜过滤，然后调节其总有机碳浓度和pH。本发明的新型淋洗剂采用市政污泥来制备，可以有效的去除污泥中的Cd和As，使污泥中Cd和As的含量完全满足污泥农用的要求；同时处理后污泥的不影响其做农用肥使用，且不会产生二次污染，从而实现污泥的资源化利用，具有较好的实用价值。

Description

一种新型淋洗剂的制备方法和应用

技术领域

本发明属于污泥资源化领域，具体涉及一种新型淋洗剂的制备方法和应用。

背景技术

随着我国污水处理能力的逐年提高，污泥产生量也随之攀升。目前我国城市污水处理厂每年产生污泥量约为20万吨，以湿污泥计为380万～550万吨。填埋和焚烧是污泥处置中最常见的两种方法，但这两者会对土壤、水体和食物链产生严重的威胁。土地利用是污泥处置最可行的方法，因为污泥中含有丰富的营养，比如氮、磷和有机质等。然而，污泥中的重金属制约着污泥的使用。去除污泥中的重金属的方法有很多，其中备受人们关注的是化学淋洗法。化学淋洗法不仅高效而且操作简单、反应周期短。在实际应用中，有机、无机酸和螯合剂是最常使用的淋洗剂。尽管强酸可以高效地去除污泥中的重金属，但会破坏污泥的结构同时降低污泥的营养。而EDTA由于生物降解性低，可能引起生态问题从而限制了其在化学淋洗中的应用。利用污泥超声溶胞释放的溶解性有机物(DOM)作为淋洗剂去除污泥中的重金属是一种新的方法，可以有效的解决上述问题。

DOM通常指能通过0.45μm滤膜的，具有不同结构及分子量大小的有机物的连续体或混合体。它的主要成份是腐殖质和非腐殖质类的亲水性物质。Montoneri研究表明,DOM中的羧基和羟基可以和重金属形成络合从而达到去除重金属的目的。近些年来，中外学者对DOM去除土壤中重金属做了很多研究。前人的研究主要集中在利用DOM处理重金属污染的土壤，然而用DOM去除污泥中的重金属还没有报道。污泥在超声溶胞的过程中会产生大量的DOM，将其用于重金属含量较高污泥的修复，使其适用于土地利用,达到以废治废的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有土壤修复剂处理污泥后无法保障其作农用肥的缺点，提供一种新型淋洗剂的制备方法，由市政污泥超声制取，实现废物的再利用，达到以废治废的目的；还提供了一种新型淋洗剂的应用方法，通过优化淋洗条件，达到有效去除污泥重金属的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

技术方案之一：

一种新型淋洗剂，其总有机碳(TOC)浓度为1200mg/L，含有高激发波长类色氨酸、低激发波长类色氨酸物质以及低激发类酪氨酸。

技术方案之二：

所述新型淋洗剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将市政污泥自然沉降18～24h，使其总悬浮固体浓度达到15000～20000mg/L，用超声波细胞粉碎机进行破胞，控制超声功率密度为0.1～2.0W/mL、超声时间30～60min；

(2)将步骤(1)得到的泥水混合液在转速为4000rpm下离心5～60min，固液分离得到上清液；

(3)将步骤(2)所得上清液依次用定性滤纸和0.45um的微孔滤膜过滤，然后稀释成总有机碳浓度为1000～3000mg/L，并用0.1mol/L的硝酸溶液或0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH 为5.0～8.0，该溶液即为新型淋洗剂。

步骤(1)所述总固体悬浮浓度优选18000～18500mg/L，超声功率密度优选0.4W/mL，超声时间优选30min。

步骤(2)所述的转速优选4000rpm，离心时间优选30min。

步骤(3)所述总有机碳浓度优选1200mg/L，pH优选6.0。

技术方案之三：

所述新型淋洗剂在镉、砷超标的污泥中的应用。

所述污泥镉的浓度为5.0mg/kg～10.0mg/kg，砷的浓度为75mg/kg～200mg/kg。

具体操作为：在镉、砷超标的干污泥中加入一定体积的新型淋洗剂，控制新型淋洗剂体积与干污泥质量的比例(mL/g)为(10～60)：1，并在25℃的条件下于全自动翻转式振荡器以转速100～300r/min恒温振荡反应4～36h，然后将反应液在转速为4000rpm条件下离心30min，固液分离完成对污泥中Cd和As的去除。

所述新型淋洗剂体积与干污泥质量的比例(mL/g)为40：1，全自动翻转式振荡器的转速220r/min，振荡时间为12h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、污泥中重金属去除剂取材于市政污泥，将废弃物转化为资源，实现资源的合理利用，变废为宝。

2、克服现有土壤修复剂处理污泥后无法保障其作农用肥的缺点，同时不会产生二次污染。

附图说明

图1为实施例1制得的污泥重金属去除剂的红外光谱图。

图2为实施例1制得的污泥重金属去除剂的三维荧光光谱特性图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

(1)将市政污泥(S1)自然沉降18～24h，使其总固体悬浮浓度达到18000～18500mg/L，用超声波细胞粉碎机进行破胞，控制超声功率密度为0.4W/mL、超声时间30min；

(2)将步骤(1)得到的泥水混合液在转速为4000rpm下离心30min，固液分离得到上清液；

(3)将步骤(2)所得上清液依次用定性滤纸和0.45um的微孔滤膜过滤，然后稀释成总有机碳浓度为1200mg/L，并用0.1mol/L的硝酸溶液或0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH为6.0，该溶液即为新型淋洗剂。

上述说述的市政污泥(S1)取自湖南省长沙国祯水处理有限公司的回流污泥泵房,该厂为仅接受城市生活污水,无明显重金属污染，污泥的基本性质及重金属含量见表1。将上述制备的新型淋洗剂冷冻干燥后自然风干，对风干后的粉末进行红外光谱分析，其结果如图1所示，红外光谱图在2927cm^-1和1700cm^-1处出现特征峰，它们分别是O-H和-C＝O出现的特征区域，并且两者同时存在，可以确定新型淋洗剂中含有羧基。在1035cm^-1处出现密集的红外带，表明存在芳香醚中的-C-O-结构。在1420cm^-1出现吸收带，表明存在C-H的弯曲，而在1535cm^-1处同时出现了，很有可能是C-N结构和N-H(氨基化合物)变形。在2367cm^-1和2333cm^-1出现红外带，这是二氧化碳造成的。由上可知,在DOM中羧基和氨基是主要存在的官能团；将上述制得的污泥重金属去除剂进行三维荧光特性分析，其结果如图2所示，图中出现了3个主要的荧光峰，其中荧光峰A和C的中心位置(激发波长/发射波长,即Ex/Em)分别275nm～ 285nm/330nm～350nm和220nm～230nm/340nm～360nm,分别为高激发波长类色氨酸和低激发波长类色氨酸物质产生的荧光峰，均为类蛋白质；荧光峰B的中心位置为220nm～240nm /300nm～320nm，为低激发类酪氨酸。三种荧光物质均是含羧基和氨基的物质，这和DOM 的红外光谱分析的结果一致。

表1污泥(S1)的基本性质及重金属含量

实施例2：

实验所用重金属超标污泥(S2)取自湖南省湘潭市污水处理厂的回流污泥泵房,该厂接收大量工业污水,故剩余污泥中Cd及As含量较高，污泥(S2)的基本性质及重金属含量见表2。

根据农用污泥中污染物控制标准(GB 4284-1984)，污泥中仅Cd和As两种元素超标，故本研究只考虑这两中元素。称取上述风干磨碎过筛的污泥1.00g，置于50mL塑料离心管中, 加入40mL实施例1所得的污泥重金属去除剂，在25℃条件下振荡12h后在离心机中以4000 r/min离心30min，泥水分离后将污泥置于鼓风干燥箱中低温烘干，最后测定干污泥中Cd和 As的含量。

经上述处理后，此时污泥中Cd、As去除率分别为36.12％和23.75％，Cd、As的含量由原来的6.80mg/kg、91.13mg/kg降低至4.34mg/kg、69.48mg/kg。

表2污泥(S2)的基本性质及重金属含量

实施例3：

称取风干磨碎过筛的污泥1.00g,置于50mL塑料离心管中,加入40mL实施例1所得污泥重金属去除剂。25℃条件下振荡12h后在离心机中以4000r/min离心30min,弃除上清液，重复上述过程两次。处理完后将污泥置于鼓风干燥箱中低温烘干,最后测定干污泥中Cd和As 的含量，污泥淋洗前后的理化性质的变化。

原污泥中Cd和As的含量分别为6.80mg/kg、91.13mg/kg,经三次淋洗后污泥中Cd和As 的含重分别降低至2.56mg/kg、55.18mg/kg,它们含量均低于污泥农用标准的限值:Cd为5 mg/kg,As为mg/kg。

经三次淋洗后，污泥的理化性质发生了改变，结果如表3。由表3可知，在Cd、As浓度降低的同时，污泥中的有机物和总氮的含量有轻微的升高，总磷、总钾的含量以及pH均下降。DOM本身对污泥有机物有一个补充作用，另一方面在偏酸性的条件下，污泥有机质的矿化作用受到抑制，上述原因导致污泥中的有机物含量升高。DOM中含有丰富的氨氮，DOM 的加入使污泥中的总氮含量升高。淋洗后污泥中总磷下降，这可能是DOM的加入提高了土壤中磷的活性，从而使污泥在淋洗的过程中造成磷的流失。污泥的理化性质在淋洗前后有轻微的改变，其营养没有明显的流失,故作为农用肥是可行的。

表3三次淋洗前后干污泥理化性质的变化

	单位	原污泥	三次淋洗后污泥
				Cd	mg/kg	6.80	2.56
As	mg/kg	91.13	55.18
				pH	/	6.35	6.25
有机质	％	34.52	35.68
				TN	mg/g	30.45	32.24
TP	mg/g	25.85	28.65
				TK	mg/kg	2400	2255

Claims

1.一种新型淋洗剂，其特征是，总有机碳浓度为1200mg/L，含有高激发波长类色氨酸、低激发波长类色氨酸物质以及低激发类酪氨酸。

2.权利要求1所述新型淋洗剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将市政污泥自然沉降18～24h，使其总悬浮固体浓度达到15000～20000mg/L，用超声波细胞粉碎机进行破胞，控制超声功率密度为0.1～2.0W/mL，超声时间30～60min；

(3)将步骤(2)所得上清液依次用定性滤纸和0.45um的微孔滤膜过滤，然后稀释成总有机碳浓度为1000～3000mg/L，并用0.1mol/L的硝酸溶液或0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH为5.0～8.0，该溶液即为新型淋洗剂。

3.根据权利要求2所述新型淋洗剂的制备方法，其特征是，步骤(1)所述总固体悬浮浓度为18000～18500mg/L，超声功率密度为0.4W/mL，超声时间为30min。

4.根据权利要求2所述污泥重金属去除剂的制备方法，其特征是，步骤(2)所述的离心时间为30min。

5.根据权利要求2所述污泥重金属去除剂的制备方法，其特征是，将步骤(3)所述总有机碳浓度为1200mg/L，pH为6.0。

6.权利要求1所新型淋洗剂在镉、砷超标的污泥中的应用。

7.所述污泥Cd的浓度为5.0mg/kg～10.0mg/kg，As的浓度为75mg/kg～200mg/kg。

8.权利要求6所述应用，其特征是，在镉、砷超标的干污泥中加入一定体积的新型淋洗剂，控制新型淋洗剂体积与干污泥质量的比例(mL/g)为(10～60)：1，并在25℃的条件下于全自动翻转式振荡器以转速100～300r/min恒温振荡反应4～36h，然后将反应液在转速为4000rpm条件下离心30min，固液分离完成对污泥中Cd和As的去除。

9.权利要求8所述应用，所述新型淋洗剂体积与干污泥质量的比例(mL/g)为40：1，全自动翻转式振荡器的转速220r/min，振荡时间为12h。