CN112010518B - 一种含重金属污泥的资源化处理方法 - Google Patents

一种含重金属污泥的资源化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于工业固废资源化处理技术领域，公开了一种含重金属污泥的资源化处理方法。将含重金属污泥经干燥脱水，研磨粉碎处理，然后与浸取剂进行混合浸取，加入有机溶剂搅拌混合均匀，然后加入络合剂搅拌反应，调节pH至8～9，加热反应后静置分层，分液分离，得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的下层含水污泥相；将上层有机相进行离心分离，分别得到含络合剂的有机溶剂和重金属粒子。本发明方法工艺简单、成本较低。在对重金属污泥进行处理的同时，能减少污泥中重金属对环境的危害，且得到的微小重金属颗粒具有高的再利用价值。不仅减小了废物处理的难度，且能增加额外的经济效益。

Description

一种含重金属污泥的资源化处理方法
技术领域
本发明属于工业固废资源化处理技术领域，具体涉及一种含重金属污泥的资源化处理方法。
背景技术
污泥是指城市、工业、河道和给排水网等排放废水所必然产生的固体废弃物。近年来，随着人们生活水平的提升和城市的不断壮大以及工业的快速发展，污泥的日产量也显著增加，对人们的生活和社会环境造成的一定危害。其中工业排放的污泥中含有大量的重金属离子，如Fe、Cu、Cr、Ni、Cd、Pb、As等，不能自然进行消解，如果这些重金属随着污泥的迁移，不仅会危害自然环境，而且会严重影响人类正常生活。另一方面，含重金属污泥中的重金属是一种可回收利用的宝贵资源。从污泥中除去重金属的处理方法一般有固化技术，是将硅酸盐水泥作为固化剂，使重金属污泥中的重金属保持较低的溶出率，最后将固化后的含重金属污泥填埋。但其存在的严重缺陷是填埋场地严重破坏生态环境。热处理技术也通常用作处理含重金属污泥，将含重金属污泥在一定的高温下将可燃烧物转化为气体或残渣，经过热处理后污泥的体积减小至原来体积的10％以下。但是，该方法只是将含重金属污泥的体积缩小，并没有去除污泥中的重金属元素。另一方面就是使用微生物处理法，将含重金属污泥中的重金属被微生物发酵所产生的酸溶解出来，最后将固体和液体分离。但是微生物处理法处理含重金属污泥耗时长且对微生物的种类要求高，不适合大规模应用。基于以上分析，如何将含重金属污泥高效分离并再资源化利用，已成为全球热门研究重点。
专利CN102433437A公开了一种重金属污泥资源化及无害化的处理方法。通过将重金属污泥经调浆、脱水、破碎及干燥、将干燥的污泥与熔剂和粘结剂进行制块或制球，然后在高温下进行还原熔炼制备成金属锭。该方法虽然可以资源回收污泥中的重金属，但采用制块或制球后进行还原熔炼的方法对工艺及设备要求较高，且能耗较大。专利CN105923944A公开了一种市政污泥的无害化处理方法。通过将市政污泥在无氧环境中高温热解，然后加入重金属螯合剂将固相污泥中的重金属迁移至水相中，通过膜分离方法分离得到重金属，固相污泥经堆肥发酵形成有机肥。但该方法主要针对重金属浓度不高、处理量不大的市政污泥，通过膜分离方法分离回收重金属，存在处理容量小、处理成本高的问题。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种含重金属污泥的资源化处理方法。本发明方法可解决传统处理含重金属污泥工艺高成本、产物无回收利用价值和造成二次环境污染的问题。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种含重金属污泥的资源化处理方法，包括如下处理步骤：
(1)将含重金属污泥经干燥脱水，研磨粉碎处理；
(2)将步骤(1)处理后的污泥粉末与浸取剂进行混合浸取；
(3)往步骤(2)的溶液中加入有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂搅拌混合均匀，然后加入络合剂搅拌反应，调节pH至8～9，加热反应后静置分层，分液分离，得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的下层含水污泥相；
(4)将所得上层有机相进行离心分离，分别得到含络合剂的有机溶剂和重金属粒子。
进一步地，步骤(1)中所述含重金属污泥的重金属为铁、铜、铬、镉、镍、锌中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中所述研磨粉碎处理的粒径控制为0.1～100μm。
进一步地，步骤(2)中所述浸取剂为盐酸、柠檬酸、酒石酸、硝酸、硼酸、硫酸、磷酸、次磷酸铵溶液中的至少一种；所述污泥粉末与浸取剂混合的固液质量比为1:(1～10)。
进一步地，步骤(3)中所述有机溶剂选自乙醇、正己烷、丙酮、石油醚中的至少一种。
进一步地，所述污泥粉末与有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂加入的固液质量比为1:(20～100)。
进一步地，步骤(3)中所述络合剂为油胺、油酸、油酸钠中的至少一种；络合剂的加入量与污泥粉末的质量比为1:(2～100)。
进一步地，步骤(3)中所述加入络合剂搅拌反应的时间为1～28h。
进一步地，步骤(3)中所述调节pH采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、硼砂缓冲液、硼砂、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的至少一种。
进一步地，步骤(3)中所述加热反应的温度为30～100℃，时间为2～24h。
进一步地，步骤(4)中所得含络合剂的有机溶剂可重复循环使用。
本发明原理为：首先将含重金属污泥进行干燥脱水处理，减少其体积和含水量。干燥完全后，进行研磨粉碎处理，使其暴露出更多的接触面，将研磨粉碎后得到的污泥粉末与浸取剂进行混合浸取，通过化学反应，将污泥中的重金属组分溶出，然后加入有机溶剂和络合剂，其中有机溶剂可将络合剂分散，使络合剂能够与溶出的重金属离子反应充分。再通过调节pH改变混合溶液的酸碱度，使溶液中的重金属离子更易与络合剂发生络合反应。接着进行加热处理，加速重金属离子与络合剂反应，最后静置使与络合剂发生反应的重金属利用油相与水相不溶的原理，从水相中迁移到有机相中。
相对于现有技术，本发明的处理方法具有如下优点及有益效果：
(1)本发明提供了含重金属污泥的资源化处理方法，通过酸浸取和络合剂转移相结合的方法，对含重金属污泥中重金属的资源化处理提供了一种工艺简单、资源可回收的方法。在对重金属污泥进行处理的同时，能减少污泥中重金属对环境的危害，且得到的微小重金属颗粒具有高的再利用价值。不仅给企业减小了废物处理的难度，且能增加企业额外的经济收益。
(2)本发明方法适用于处理量大且重金属浓度高的工业重金属污泥，处理效果好，重金属资源回收率高，处理成本低。
附图说明
图1为实施例1中所得重金属粒子的扫描电镜图。
图2为实施例1中所得重金属粒子的透射电镜图。
图3为实施例2中所得重金属粒子的场发射扫描电镜图。
图4为实施例3中所得重金属粒子的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)首先取污水厂排放得到的含铁重金属污泥，其中铁的质量百分含量为5％，在鼓风干燥机中进行干燥脱水处理。干燥完全后，用搅拌切割设备将块状含重金属干燥污泥进行研磨到粒径为2μm左右。
(2)将步骤(1)研磨后的污泥粉末与重量比为1:5的盐酸进行1h的浸取。
(3)接着在步骤(2)的溶液中加入重量比为1:2的水和正己烷溶剂进行搅拌处理，其中污泥粉末与溶剂的固液比为1:20。当混合均匀后再按污泥粉末与络合剂质量比为10:1加入油酸钠搅拌5h。接着加入氢氧化钠调节至pH到8，加热到60℃进行反应24h后静置分层，分液分离，分别得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的含水污泥。
(4)将所得上层有机相进行离心分离，分别得到可回收循环利用的含络合剂的有机溶剂和重金属粒子。
图1和图2分别为本实施例所得重金属粒子的扫描电镜图和透射电镜图。可见所得重金属粒子为微米级的大片和纳米级的重金属粒子混合物。另外，将去除重金属的含水污泥进行重金属铁检测，发现其中铁离子的含量低于1mg/L。说明酸浸后的铁离子几乎完全转移至有机相中并转化为重金属粒子，资源回收率高，处理效果好。
实施例2
(1)首先取污水厂排放得到的含镍重金属污泥，其中镍的质量百分含量为2.5％，在鼓风干燥机中进行干燥脱水处理。干燥完全后，用搅拌切割设备将块状含重金属干燥污泥进行研磨到粒径为30μm左右。
(2)将步骤(1)研磨后的污泥粉末和重量比为1:2的盐酸进行12h的浸取。
(3)接着在步骤(2)的溶液中加入重量比为1:2:5的水、乙醇和正己烷溶剂进行搅拌处理，其中污泥粉末与溶剂的固液比为1:50。当混合均匀后再按污泥粉末与络合剂质量比6:1加入油酸搅拌8h。接着加入氢氧化钾调节至pH到9，加热到100℃进行反应18h后静置分层，分液分离，分别得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的含水污泥。
(4)将所得上层有机相进行离心分离，分别得到可回收循环利用的含络合剂的有机溶剂和重金属粒子。
本实施例所得重金属粒子的场发射扫描电镜图如图3所示，所得到的微米和纳米级混合的重金属粒子大小不一，且成块状。将去除重金属的含水污泥进行重金属镍检测，发现其中镍离子的含量低于1mg/L。说明酸浸后的镍离子几乎完全转移至有机相中并转化为重金属粒子，资源回收率高，处理效果好。
实施例3
(1)首先取污水厂排放得到的含锌重金属污泥，其中锌的质量百分含量为0.5％，在鼓风干燥机中进行干燥脱水处理。干燥完全后，用搅拌切割设备将块状含重金属干燥污泥进行研磨到粒径为25μm左右。
(2)将步骤(1)研磨后的污泥粉末和重量比为1:1的盐酸进行24h的浸取。
(3)接着在步骤(2)的溶液中加入重量比为1:3:5的水、乙醇和正己烷溶剂进行搅拌处理，其中污泥粉末与溶剂的固液比为1:60。当混合均匀后再按污泥粉末与络合剂质量比为25:1加入油胺搅拌7h。接着加入氨水调节至pH到8，加热到80℃进行反应15h后静置分层，分液分离，分别得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的含水污泥。
(4)将所得上层有机相进行离心分离，分别得到可回收循环利用的含络合剂的有机溶剂和重金属粒子。
本实施例所得重金属粒子的透射电镜图如图4所示，所得到的纳米级的重金属粒子大小尺度均匀，且成小块状。将去除重金属的含水污泥进行重金属锌检测，发现其中锌离子的含量低于1mg/L。说明酸浸后的锌离子几乎完全转移至有机相中并转化为重金属粒子，资源回收率高，处理效果好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于包括如下处理步骤：
（1）将含重金属污泥经干燥脱水，研磨粉碎处理；
（2）将步骤（1）处理后的污泥粉末与浸取剂进行混合浸取；
（3）往步骤（2）的溶液中加入有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂搅拌混合均匀，然后加入络合剂搅拌反应，调节pH至8~9，加热反应后静置分层，分液分离，得到含有络合剂包覆的重金属粒子的上层有机相和去除重金属的下层含水污泥相；
（4）将所得上层有机相进行离心分离，分别得到含络合剂的有机溶剂和重金属粒子；
步骤（2）中所述浸取剂为盐酸、柠檬酸、酒石酸、硝酸、硼酸、硫酸、磷酸、次磷酸铵溶液中的至少一种；所述污泥粉末与浸取剂混合的固液质量比为1:（1~10）；
步骤（3）中所述有机溶剂选自乙醇、正己烷、丙酮、石油醚中的至少一种；
所述污泥粉末与有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂加入的固液质量比为1:（20~100）；
步骤（3）中所述络合剂为油胺、油酸、油酸钠中的至少一种；络合剂的加入量与污泥粉末的质量比为1:（2~100）。
2.根据权利要求1所述的一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述含重金属污泥的重金属为铁、铜、铬、镉、镍、锌中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述研磨粉碎处理的粒径控制为0.1~100 μm。
4.根据权利要求1所述的一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于：步骤（3）中所述加入络合剂搅拌反应的时间为1~28 h。
5.根据权利要求1所述的一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于：步骤（3）中所述调节pH采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、硼砂缓冲液、硼砂、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种含重金属污泥的资源化处理方法，其特征在于：步骤（3）中所述加热反应的温度为30~100℃，时间为2~24h。
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Pledgor: Foshan Jingwei NACO Environmental Technology Co.,Ltd.

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