TWI796758B - 於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法 - Google Patents

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Abstract

一種於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，其方法包含：第一水洗步驟：以特定比例的物料及水混合攪拌；第一過濾步驟：過濾經水洗後之渣塊及溶液；金屬置換步驟：將第一過濾處理之溶液進行金屬回收處理；中和步驟：將第一過濾步驟過濾之溶液進行酸鹼中和；第二過濾步驟：過濾經中和後之溶液；金屬沉澱物提取步驟：係取得該第二過濾步驟所濾得之沉澱物；脫水步驟：係將第二過濾步驟濾除之溶液脫水得到一工業鹽。

Description

於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法
本發明主要為一種去除有害重金屬之回收循環方法，特別是有關於一種應用金屬置換反應以去除溶液中的有害重金屬的方法。
目前在一些建築、道路工程中使用的建材已可採用焚化廢棄物料製程中而衍生之副產物。由於該廢棄物料例如城市垃圾等在焚燒過程中會產生飛灰，即在煙氣淨化系統(APC)中收集的殘渣因其具有較高浸出濃度的重金屬，被政府列為危險廢物。當飛灰被釋放到自然環境中後，由於酸雨等因素的作用，飛灰中的重金屬浸出，重新釋放到水體或土壤中，對周圍環境造成危害。
而一般的飛灰水洗廠所產生的化學污泥皆含有害人體健康的重金屬，以掩埋法處理，會污染土壤，再次造成環境污染問題。
惟，若能有效地、環保地去除飛灰或廢棄土壤等物料中的重金屬，即為需要各廠商努力的課題。
本發明的目的，在於提供一種有效地去除飛灰或廢棄土壤等物料中之重金屬的方法。
為達成上述目的，本發明提供一種於物料水洗之金屬置換去除有 害重金屬方法，包含：一第一水洗步驟：係分別將一特定比例的物料和水混合並均勻攪拌；一第一過濾步驟：係過濾經該水洗步驟處理後之渣塊，餘下溶液；一金屬置換步驟：將經該第一過濾步驟處理之溶液進行酸鹼金屬回收處理；一中和步驟：經將該金屬置換步驟處理之溶液進行酸鹼中和；一第二過濾步驟：係過濾經該中和步驟處理後之溶液；一金屬沉澱物提取步驟：係取得該第二過濾步驟所濾得之沉澱物；一脫水步驟：係將該第二過濾步驟濾除之溶液進行脫水後得到一工業鹽。
在一些實施例中，該金屬置換步驟更包含一回收處理的機制，係將附著於該金屬材料表面的重金屬置換相對應的重金屬元素之後，將該金屬材料移出該金屬置換槽後，將附著於片狀之該金屬材料表面的重金屬刮除、熱熔後回收該金屬材料或將附著於粉狀之該金屬材料表面的重金屬熱熔後回收該金屬材料。
在一些實施例中，金屬置換步驟使該溶液與一可與特定有害的重金屬發生置換反應的金屬材料進行金屬元素置換，並使該些有害的重金屬附著於該金屬材料表面而自該溶液中去除，其中該金屬材料的金屬元素為鋅、鋁或鐵，該去除的有害的重金屬元素為鎘、銅或鉛。
在一些實施例中，脫水步驟係將該第二過濾步驟濾除之溶液進行真空濃縮處理，以形成高鹽份鹵水，再經脫水後得到一工業鹽。
在一些實施例中，第二過濾步驟所濾得之沉澱物為化學污泥。
本發明的特點為：本發明應用在進行以金屬置換法去除有害重金屬之回收循環方法中，根據待處理的物料的重金屬污染成份，預先採用能對應產生金屬置換反應的金屬材料，於一金屬置換槽中進行金屬置換反應工藝，以將處理的溶液中的有害的重金屬去除，並將反應過程中使用到的水回收再利用。
11:飛灰
12:水
20:水洗單元
21:槳葉
30:第一過濾器
40:金屬置換槽
401:回收處理
41:中和槽
42:第二過濾器
421:脫水處理
71:金屬材料
711:表面
8:重金屬
S11、S12、S13、S24、S241、S25、S26、S27:以金屬置換法去除有害重金屬之回收循環方法步驟
[圖1]為本發明於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法的系統流程示意圖。
[圖2]為本發明於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法的步驟流程圖。
[圖3]為本發明一實施例之於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法的流程示意圖。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。
本實施例中的初始物料可以是一般廢棄土壤也可以是燃燒一般廢棄物及事業廢棄物所產生的飛灰，在下列實施例中，是以飛灰舉例說明
請參照圖1、圖2及圖3所示，本實施例之以為本發明於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，包含：
步驟S11為一水洗步驟：係分別將一特定比例的飛灰11及水12經對應的輸送管道進入一水洗單元20；
步驟S12為一攪拌步驟，每一水洗單元20包含一槳葉21，以對水洗單元20內的飛灰11及水12進行攪拌；
步驟S13為一第一過濾步驟亦為液渣過濾步驟：係利用一第一過濾器30過濾經該水洗步驟(步驟S11)處理後之渣塊，餘下溶液。
續接步驟S13的液渣過濾步驟，步驟S24為金屬置換步驟，係將通過該第一過濾器30的溶液，以一金屬置換槽40盛接並加入一金屬材料71進行金屬置換反應，以去除溶液中的有害的重金屬8(如圖3所示)；
步驟S25為一中和步驟：係以一中和槽41盛裝經金屬置換步驟的輸出溶液，並對之進行一酸鹼中和反應，該中和槽41內可設置一酸鹼值偵測計(未圖示)，以反饋槽內之反應物的酸鹼值；
步驟S26為一第二過濾步驟：係以一第二過濾器42過濾該中和槽41的輸出物，通過該第二過濾器42過濾出的溶液以一排出管道排出，而過濾後的化學污泥在經過金屬置換步驟後，為不具金屬有害物質的化學污泥；
步驟S27為一脫水步驟：係將該第二過濾器42之該排出管道排出的溶液濃縮成高鹽份鹵水，並經脫水處理421後乾燥後得到工業鹽；
在本實施步驟中，為一鹵水及工業鹽獲取步驟：係將該第二過濾器42(步驟S26)濾除之溶液進行真空濃縮處理，以形成高鹽份鹵水，再經乾燥後得到一工業鹽。
其中，本發明實施例於該第一過濾器30及該第二過濾器42之後，設置一金屬置換槽40係將通過該第一過濾器30及該第二過濾器42的溶液，以金屬置換槽40盛接並加入一金屬材料71進行金屬置換反應，以去除溶液中的有害的重金屬8。
金屬置換反應是一種固-液氧化還原反應，金屬置換是包含兩個物種間，電子轉移的氧化還原反應。於反應過程中，電負度較高的金屬(犧牲金 屬)會釋出電子；而電正度較高的金屬接收該電子後，以金屬形式沈積在犧牲金屬表面。金屬置換的驅動力是兩者氧化還原電位差，反應描述如下：
[數學式1]N+M2+ → N2++M
其中，M是電正度較高的金屬，N是電負度較高的金屬。本發明的目標金屬是帶兩價的銅、鎘和鉛。
上述反應是由下列兩個半反應式組成，如數學式2、3：
[數學式2]氧化反應(陽極)：N → N2++2e-
[數學式3]還原反應(陰極)：M2++2e- → M
本發明以鋁、鋅和鐵等金屬置換鉛、銅和鎘等金屬。鋁、鋅、鐵、鉛、銅和鎘之標準還原電位，在25℃標準電極電位如表1所示。
Figure 110130305-A0101-12-0005-1
用鋅置換銅、鎘和鉛之可能氧化還原反應，如表2之用鋅置換銅、鎘和鉛的氧化還原反應(包括主反應與副反應)。
[表2]
Figure 110130305-A0305-02-0008-1
為消除溶氧效應，一般金屬置換過程中會通入氮氣，溶氧造成的副反應即可以忽略。此外，氫氣產生是主要的副反應，顯示犧牲金屬被侵蝕的效應，並且在犧牲金屬上產生氣泡，這會造成遮蔽效應與紊流。
值得一提的是，如圖3所示，前述該金屬置換步驟S24更包含一回收處理401的機制，係將附著於該金屬材料71表面711的重金屬8刮除後回收該金屬材料71，以利再應用。
於S13的液渣過濾步驟後續進行一金屬置換步驟```S24，使經S13的液渣過濾步驟後之溶液與一可與特定有害的重金屬8發生置換反應的金屬材料71進行金屬元素置換，並使該些有害的重金屬8附著於該金屬材料71表面711而自該溶液中去除，該金屬材料71的金屬元素為鋅、鋁或鐵，該去除的有害的重金屬8元素為鎘、銅或鉛。
需指明的是，前述金屬置換步驟使用之該金屬材料71為片狀或粉狀，並於一金屬置換槽40內進行該金屬置換步驟之後，更包含一回收處理401的機制(於圖3示出者為片狀之金屬材料71)：係於該金屬材料71的表面711置換相對應的重金屬8元素之後，將該金屬材料71移出該金屬置換槽40 後，將附著於片狀之該金屬材料71表面711的重金屬8刮除、熱熔後回收該金屬材料71，或者是將附著於粉狀之該金屬材料71表面711的重金屬8熱熔後回收該金屬材料71。
特別需要陳明的是，在一實施例中，置入該溶液的金屬材料71可根據該飛灰11內含重金屬8成份而對應選出適當金屬成份的金屬材料71，且該金屬材料71的份量經估算，以求得適當的金屬置換反應的添加量。
上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
S11、S12、S13、S24、S241、S25、S26、S27:於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法的步驟

Claims (5)

  1. 一種於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，包含：一第一水洗步驟：係分別將一特定比例的物料和水混合並均勻攪拌；一第一過濾步驟：係過濾經該水洗步驟處理後之渣塊，餘下溶液；一金屬置換步驟：將經該第一過濾步驟處理之溶液以一金屬置換槽盛接，並與一可與特定有害的重金屬發生置換反應的金屬材料進行金屬元素置換，並使該些有害的重金屬附著於該金屬材料表面而自該溶液中去除；一中和步驟：經將該金屬置換步驟處理之溶液進行酸鹼中和；一第二過濾步驟：係過濾經該中和步驟處理後之溶液；一金屬沉澱物提取步驟：係取得該第二過濾步驟所濾得之沉澱物；一脫水步驟：係將該第二過濾步驟濾除之溶液進行脫水後得到一工業鹽，其中該金屬置換步驟更包含一回收處理的機制，係於該金屬材料的表面置換相對應的重金屬元素之後，將該金屬材料移出該金屬置換槽後，將附著於片狀之該金屬材料表面的重金屬刮除、熱熔後回收該金屬材料。
  2. 如請求項1所述之於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，其中該金屬材料的金屬元素為鋅、鋁或鐵。
  3. 如請求項1所述之於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，其中該去除的有害的重金屬元素為鎘、銅或鉛。
  4. 如請求項1所述之於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，其中該脫水步驟係將該第二過濾步驟濾除之溶液進行真空濃縮處理，以形成高鹽份鹵水，再經脫水後得到一工業鹽。
  5. 如請求項1所述之於物料水洗之金屬置換去除有害重金屬方法，其中該第二過濾步驟所濾得之沉澱物為化學污泥。
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