CN111547963A - 浆化脱除有机污泥中重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种浆化脱除有机污泥中重金属的方法，具体包括如下步骤：将有机污泥加入反应釜与循环液充分搅拌混合；添加污泥解聚剂，高速搅拌使有机污泥完全浆化形成浆料；将浆料送至板框压滤机压滤，滤饼即为产品脱重污泥；滤液泵至沉降池后添加沉淀剂，高速搅拌充分反应后静置沉降，上层清液泵回反应釜作为循环液反复使用。采用该方法对有机污泥的重金属进行脱除，其中Cd、Cr、Pb、Hg的脱除率可达5～50％，产品脱重污泥中5种重金属的含量指标都完全满足作为土壤调理剂和园林绿化用泥质的最高标准。本申请工艺过程操作简单方便，仪器设备通用易得，原料变废为宝，可实现有机污泥脱除重金属的大宗处理。

Description

浆化脱除有机污泥中重金属的方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种采用浆化法脱除有机污泥中重金属的方法。
背景技术
有机污泥指的是以有机物为主要成分的污泥，通常简称污泥，主要特征为有机物含量高、易腐化发臭、颗粒较细、比重较小、含水率高而不易脱水、属胶状结构的亲水性物质、易用管渠输送；且污泥中常含有很多植物营养素、寄生虫卵、致病微生物及重金属离子等。
目前，世界各国对污泥的处置主要方式有填埋、焚烧、投海及农用。由于填埋需要占用大量土地、易引发二次污染，且运输及场地建设费高昂，故弊端多。焚烧虽可达到减量化处理，但二次污染严重，且同样存在投资及操作费用高的问题。投海处理虽最简单、费用也省，但对生态环境破坏大，各国已纷纷禁止。因此，污泥的农业利用是最有发展潜力的处理方式。
由于污泥含有不少污染物，特别是重金属，严重影响农作物的生产、产量和品质，可在土壤中累积、污染地下水或作物，从而进入食物链，危害人体健康。如果将这些污泥用作肥料，由于其中的重金属离子的毒性将严重破坏土壤生态微环境，使土壤产生严重的二次污染。因此，对于污泥中的重金属必须进行妥善的处理，必须根据污泥情况进行无害化处理后才能充分利用。
要想通过农用来解决有机污泥的处理处置与资源化问题，其瓶颈问题在于如何有效地脱除污泥中的重金属。据文献报道，可以通过提高污泥的氧化还原电位或降低污泥的酸度pH值，可以将污泥中不可溶态的重金属化合物转化为可溶态的重金属离子分离去除，其基本原理就是化学法脱除重金属。目前，为解决有机污泥中重金属元素对生态环境可能造成的危害以及对污泥农用的制约所开展的研究较多，但多数是从稳定和降低重金属元素毒性角度进行的。从当前文献报道看，去除有机污泥重金属的研究主要集中在以下4个方面：(1)利用微生物方法降低污泥中的重金属含量；(2)通过化学方法去除污泥中的重金属；(3)采用电化学方法降低剩余污泥中的重金属含量；(4)利用植物的修复作用降低重金属含量。
从理论上分析，大量的文献资料已经解释并说明了化学方法理论上的可行性。因为化学方法相对来说是一种易于掌握、操作相对简单的去除污泥中重金属的技术，只需向污泥中投加化学药剂，提高污泥的氧化还原电位或降低污泥pH值，从而使污泥中重金属由不可溶态的化合物向可溶的离子态或络合离子态转化。
对于污泥的综合处理利用，从国家专利资源检索结果看，主要有公司前期如下研究成果。(1)一种生活污泥重金属稳定化、减量化的处理方法，公开号CN106336094A，采用向污泥中加入亚铁盐、氧化钙、次氯酸钠、凹凸棒石、海泡石和磷灰石等，用于稳定污泥中的重金属，通过种植重金属富集作物，重金属被作物所吸收。该方法难以落地实现。(2)一种去除污泥中重金属的方法，公开号CN106316018A，采用氯化钾水溶液破坏污泥的胶粒结构，压滤后得到城市绿化用土。该方法对重金属的去除率极其有限。(3)一种盐泥、污泥混制土壤有机肥的方法，公开号CN106316480A，采用污泥与适量的盐泥和植物纤维废料混炼，再进行堆垛富氧化发酵，处理后的污泥可用作土壤有机肥。但盐泥中的氯离子浓度很高，不利于植物的生长发育，也无法解决污泥中重金属污染的问题。
虽然当下的有机污泥稳定化处理技术已经相当成熟，但其中的重金属仍未从污泥中去除，是一种潜在性的危险。因此如何将有机污泥中的重金属离子脱除，是一项有机污泥综合利用面临的挑战性问题。然而，有机污泥中的重金属一般都为不可溶态的重金属化合物，本申请利用解聚剂的氧化性以及一定的酸度，将部分重金属化合物转化为可溶态的重金属离子，而后再利用沉淀剂将其从液相中去除，从而达到脱除有机污泥中重金属的目的。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种有效的可以实现从有机污泥中脱除重金属的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出了采用化学法对污泥进行浆化处理，污泥中部分重金属化合物分解生成可溶性的阳离子溶于浆液中，接着采用板框压滤，重金属以可溶于水的离子形式进入液相得以分离，经沉淀剂沉淀后，液相中的重金属离子又以不溶性的化合物从液相中分离出来，从而实现有机污泥中重金属的脱除；脱除重金属后的上层清液可作为循环液反复使用。
根据本公开的一个方面，一种浆化脱除有机污泥中重金属的方法，包括如下步骤：
步骤一、将一定量的有机污泥加入反应釜内与循环液充分搅拌混合形成悬浊液，可根据悬浊液黏性补充适量的水，保持悬浊液具有一定的流动性；
步骤二、于悬浊液中添加相当于有机污泥质量1％的污泥解聚剂，充分搅拌使之与有机污泥混合均匀，同时解聚剂还有破坏有机污泥胶粒结构的作用，从而使有机污泥达到完全浆化的效果；
步骤三、将所得的浆料送至板框压滤机压滤，滤饼为产品脱重污泥；
步骤四、所得的滤液泵至沉降池后添加相当于有机污泥质量0.1％的沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；
步骤五、停止搅拌后静置沉降24h以上，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；
步骤六、所得极少量不溶性沉降废物主要是含重金属的硫化物和氢氧化物，待积累到一定量后从沉降池排出并送第三方处理机构处置。
根据本公开的一个方面，有机污泥与循环液的质量比为1:1，补充水质量占有机污泥质量的5～20％。所述反应釜为容量50m3带3台折叶开启涡轮搅拌的不锈钢密闭釜式设备。
根据本公开的一个方面，所述解聚剂为含有少量余酸的含铁废液，其中余酸含量0.1～0.3％，含铁化合物浓度15～20％，少量的酸性对有机污泥的浆化起到极大的促进作用，实现废物综合利用，变废为宝。
根据本公开的一个方面，所述压滤机采用杭州兴源环保X20型增加聚丙烯压滤机压滤；滤饼脱重污泥的含水率60～80％，4种严格控制的重金属Cd、Cr、Pb、Hg脱除率达5～50％。
根据本公开的一个方面，所述沉降池为容量30m3带涡轮搅拌的不锈钢密闭釜式设备。
根据本公开的一个方面，所述沉淀剂，选择利用回收的含硫废液，其中含硫化合物的浓度为15～20％；根据重金属硫化物和氢氧化物沉淀物的溶度积理论计算，0.1％的添加量已经足以保证与所有重金属离子完全反应生成不溶性沉淀物。如果加入沉淀剂过量，则会进一步反应生成黑色硫化亚铁沉淀物，因此沉淀剂的加入量必须严格控制。
根据本公开的一个方面，所述浆化充分搅拌速率为3r/min，沉降高速搅拌速率为15r/min。
根据本公开的一个方面，所述静置沉降的时间24h，否则沉降不够完全，重金属沉淀物重新被带回反应釜。
根据本公开的一个方面，所述极少量不溶性沉降废物主要是含重金属的硫化物和氢氧化物，由于重金属化合物的密度较大，通过静置才能保证沉淀物完全沉降至沉降池底部，因此可待积累到一定量后从沉降池排出送第三方处理机构处置。
本发明与现有的污泥脱除重金属的技术方案相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用有机污泥浆化法，通过添加含有少量盐酸的FeCl3废液作为解聚剂，沉淀剂选择硫氢化钠废液，实现二者废物的综合利用，变废为宝，达到了以废治废的目的。
(2)采用该方案进行有机污泥中重金属的脱除，其中Pb的脱除率可达50％，而Cr的脱除率也可达30％，完全能满足如城市污泥、活性污泥等重金属含量相对较低，含量波动不大的大宗有机污泥重金属的脱除。
(3)脱重污泥可用作土壤调理剂和园林绿化用泥，同时也可得一定量的高效液体肥。
(4)本发明操作简便、处理效果好，可实现大宗化生产处理，采用该方法处理后的有机污泥5种主要重金属含量均可达到园林绿化用泥的最高标准。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本申请的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
根据绿化种植土壤标准(CJ/T 340-2016)，选择最高控制指标：水源涵养林等属于自然保育的绿(林)地，其重金属含量应在Ⅰ级范围内，如下表1。植物园、公园、学校、居住区等与人接触较密切的绿(林)地，其重金属含量应在Ⅱ级范围内。
表1 绿化种植土壤标准--重金属含量控制指标
Figure BDA0002434813770000051
本申请提出的一种浆化脱除有机污泥中重金属的方法，其工艺过程如图1所示。该工艺过程包括：(1)将有机污泥加入反应釜内与循环液充分搅拌混合形成悬浊液，可根据需要补充适量的水；(2)于悬浊液中添加污泥解聚剂，充分搅拌使之与有机污泥混合均匀，使有机污泥达到完全浆化的效果；(3)将所得的浆料送至板框压滤机压滤，滤饼即为产品——脱重污泥；(4)所得的滤液泵至沉降池后添加沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；(5)静置沉降24h，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；(6)所得极少量不溶性沉降废物待积累到一定量后从沉降池排出并送第三方处理机构处置。
实施例1：
将10吨含水率80％的有机污泥加入反应釜内与10m3循环液充分搅拌混合形成悬浊液，接着添加85L浓度为20％的含铁废液(密度1.18g/ml)，充分搅拌使之与有机污泥完全均匀混合，直至完全浆化形成浆料；将浆料送至X20型增强聚丙烯压滤机压滤，滤饼即为产品——脱重污泥，含水率80％，pH值6.8，5种严格控制重金属含量测试结果如下表2，完全达到控制指标的I级标准。所得的滤液泵至沉降池后添加8.8L浓度为20％的含硫废液(密度1.14g/ml)作为沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；静置沉降24h，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；所得极少量不溶性沉降废物约5kg，待积累到一定量后从沉降池底部排出交第三方处理。
表2 5种严格控制重金属含量测试结果
检测项目 Cd Cr Pb As Hg
控制指标Ⅰ级≤(mg/kg) 0.4 100 85 30 0.4
有机污泥原料含量(mg/kg) 0.46 121 21 8.67 0.20
脱重污泥含量(mg/kg) 0.38 98.3 11.1 8.66 0.20
重金属去除率(％) 17 18.7 47.1 ≈0 ≈0
实施例2：
将10吨含水率80％的有机污泥加入反应釜内与10m3循环液充分搅拌混合形成悬浊液，接着添加85L浓度为20％的含铁废液(密度1.18g/ml)，充分搅拌使之与有机污泥完全均匀混合，直至完全浆化形成浆料；将浆料送至X20型增加聚丙烯压滤机压滤，滤饼即为产品——脱重污泥，含水率80％，pH值6.8，5种严格控制重金属含量测试结果如下表3，完全达到控制指标的I级标准。所得的滤液泵至沉降池后添加11.9L浓度为15％的含硫废液(密度1.12g/ml)作为沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；静置沉降24h，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；所得极少量不溶性沉降废物约5kg，待积累到一定量后从沉降池底部排出交第三方处理。
表3 5种严格控制重金属含量测试结果
检测项目 Cd Cr Pb As Hg
控制指标Ⅰ级≤(mg/kg) 0.4 100 85 30 0.4
有机污泥原料含量(mg/kg) 0.46 101 18.2 7.67 0.27
脱重污泥(mg/kg) 0.40 75.2 10.7 7.67 0.25
重金属去除率(％) 13 25.5 41.2 ≈0 7.4
实施例3：
将10吨含水率80％的有机污泥(该批次原料中Cd含量相对偏高)加入反应釜内与10m3循环液充分搅拌混合形成悬浊液，接着添加116L浓度为20％的含铁废液(密度1.14g/ml)，充分搅拌使之与有机污泥完全均匀混合，直至完全浆化形成浆料；将浆料送至X20型增加聚丙烯压滤机压滤，所得滤饼再返回反应釜，同样进行第二次的脱除重金属处理，二次压滤的滤饼作为产品——脱重污泥，含水率80％，pH值6.8，分别测定5种严格控制重金属两次脱除重金属的含量如下表4，最终完全达到控制指标的I级标准。两次脱除重金属所得的滤液都泵至沉降池每次添加11.9L浓度为15％的含硫废液(密度1.12g/ml)作为沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；静置沉降24h，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；所得极少量不溶性沉降废物约10kg，待积累到一定量后从沉降池底部排出交第三方处理。
表4 5种严格控制重金属含量测试结果
检测项目 Cd Cr Pb As Hg
控制指标Ⅰ级≤(mg/kg) 0.4 100 85 30 0.4
有机污泥原料含量(mg/kg) 0.48 98 19.2 11.3 0.20
脱重污泥(mg/kg) 0.42 66.8 9.62 11.1 0.16
重金属去除率(％) 13 31.8 49.9 ≈0 20
二次脱重污泥 0.38 58.5 7.35 11.5 0.16
累计去除率(％) 21 40.3 61.7 ≈0 20
采用该方法对有机污泥的重金属进行脱除，4种严格控制的重金属(Cd、Cr、Pb、Hg)去除率达5～50％，经过本工艺过程处理后的脱重污泥，5种重金属的含量指标都完全满足作为土壤调理剂(NY/T 3034-2016《土壤调理剂通用要求》)和园林绿化用泥(GB/T 23486-2009《城镇污水处理厂污泥处置：园林绿化用泥质》)的使用标准，从而为有机污泥实现资源化利用提供一种有效的前处理技术。
有机污泥原料的重金属含量由实验室按国标进行准确测定，产品脱重污泥委托福建省农业科学院土壤肥料研究所检测中心进行检测，5种重点控制元素都符合绿化种植土壤的最高标准。
采用该浆化工艺，经后续压滤，可实现对有机污泥中重金属阳离子的部分去除，其中去除效果最好的是Pb，去除率高达40～50％，这可能与PbCl2为可溶于水的化合物有关；其次是铬，去除率15～30％，因为总体上铬在污泥中的含量相对较高；对于为镉和汞，有机污泥中本身含量就极低，也可达10～20％和5～20％的去除率。而该工艺过程，对于砷而言，可以说基本无效，这可能是由于As元素在水中一般都是以阴离子的形式存在，无法以硫化物或氢氧化物形式从溶液中沉淀分离出来有关。但从有机污泥原料的砷含量分析结果看，作为水源涵养林等的绿化用土也是完全达标。本申请为有机污泥实现资源化利用提供一种有效的脱除重金属的前处理工艺技术。
在有机污泥进行脱重处理前，每批次样品都必须对其中各重金属含量进行相关的测定，符合要求后再进行浆化处理脱除重金属；如果超过原料的控制值，则可根据具体的检测结果进行多次反复的浆化脱除重金属工艺过程，直到产品脱重污泥达到国标要求。
本申请的生产工艺已经在泉州市泉惠工业园区进行试验生产，产品的各项指标完全达标且测得的结果稳定。该方法能够有效脱除有机污泥中的部分重金属，从而解决了有机污泥中重金属超标的危害问题，具有无法估计的环境效益和社会效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种浆化脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将有机污泥加入反应釜内与循环液充分搅拌混合形成悬浊液，可根据悬浊液黏性补充适量的水，保持悬浊液具有一定的流动性；
步骤二、于悬浊液中添加相当于有机污泥质量1％的污泥解聚剂，充分搅拌使之与有机污泥混合均匀；
步骤三、将所得的浆料送至板框压滤机压滤，滤饼为产品脱重污泥；
步骤四、所得的滤液泵至沉降池后添加相当于有机污泥质量0.1％的沉淀剂，高速搅拌使沉淀剂与滤液充分反应；
步骤五、停止搅拌后，静置沉降24h以上，上层清液泵至反应釜作为循环液反复使用；
步骤六、所得极少量不溶性沉降废物主要是含重金属的硫化物和氢氧化物，待积累到一定量后从沉降池排出并送第三方处理机构处置。
2.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤一中，有机污泥与循环液的质量比为1:1，补充水质量占有机污泥质量的5～20％。
3.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤二中，所述解聚剂为含有余酸的含铁废液，其中余酸含量0.1～0.3％，含铁化合物浓度15～20％。
4.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤三中，滤饼脱重污泥的含水率质量百分比为60～80％，4种重金属Cd、Cr、Pb、Hg脱除率达5～50％。
5.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤四中，所述沉降池为容量30m3带涡轮搅拌的不锈钢密闭釜式设备。
6.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤四中，所述沉淀剂选择利用回收的含硫废液，其中含硫化合物的浓度为15～20％。
7.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，所述浆化充分搅拌速率为3r/min，沉降高速搅拌速率为15r/min。
8.如权利要求1所述的脱除有机污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤五中，所述静置沉降的时间为24h。
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