一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用電化學方法去除和回收污泥中重金屬的方法。本發明首先調節污泥含水率至90％，進行攪拌；再選擇性添加化學藥劑，攪拌預處理；然后，組裝電解裝置，攪拌電解；最后回收重金屬。本發明將污泥直接放在陽極區，利用陽極電解水產生的H+來直接酸化污泥，而不用額外添加酸，減少了二次污染，提高了重金屬的去除率。此外，污泥直接放在陽極區，電極能與污泥充分接觸，充分利用電流效率，電解效率高。同時也很好地利用了陰陽極電化學反應的作用，增加了污泥與電解液之間的膜交換面積，減少了離子遷移距離，重金屬去除率高，電能利用率高，改善了重金屬回收的問題，可以達到降低污染和資源回收的雙重目的，兼具環境價值及經濟效益。
【專利說明】
一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法
技術領域
[0001]本發明屬于固體廢棄物資源化利用領域，具體涉及一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法。
【背景技術】
[0002]資料表明，我國城市污水處理廠產生的污泥中Zn含量可達783.4-3096.3mg/kg(干重)，Cu可達131.2-394.511^/1^(干重)，此外還含有其它一些重金屬，如0(1、0、取、祖、？13等，這些重金屬的存在不僅嚴重影響污泥的后續安全處置，也造成了金屬資源的極大浪費。以Zn為例，按2010年城鎮污泥產量3000萬噸(80%含水率)，Zn含量按1500mg/kg(干重)計，則其中的Zn含量就達9000噸，按上海期貨交易所Zn近期報價15000元/噸計，經濟價值達1.35億元。根據中國污泥處理處置市場分析報告(2013版)分析，到2015年，全年城鎮污水處理廠濕污泥(含水率80%)產生量將為3359萬噸，即日產污泥9.2萬噸。由此可以看出，如果不對該部分重金屬加以處理或回收利用，不僅嚴重影響著污泥農用堆肥、焚燒、填埋等后續處置方法的應用，還會造成極大的資源浪費和經濟損失。
[0003]目前，對污泥中重金屬的處置還停留在“無害化”階段，主要采用化學法、生物瀝濾浸出及電化學法等實現污泥中重金屬的去除。化學法主要通過添加藥劑，改變污泥酸堿性對金屬進行溶出，然后與重金屬發生沉淀、絡合等化學反應實現重金屬的沉淀分離，但是成本高，工藝繁瑣，所得沉淀分離困難，且較易產生二次污染。生物瀝濾是在酸性條件下將污泥中的重金屬轉移到液相中，然后固液分離得到清潔的污泥，是目前效果較好的處理方式，但是耗時很長，一般需要8-10天，且工藝條件要求嚴格，重金屬的存在也會對瀝濾微生物產生毒害作用。電化學法最早用于土壤修復，通過外加電壓使可溶性金屬離子迀移富集，然后通過電沉積或離子交換等手段得到去除。由于電化學方法操作簡單，運行穩定，不容易造成二次污染等諸多優勢而備受關注，但傳統的電化學處理裝置要么將廢棄物放置于陰陽級之間，在陰極室與陽極室內均加入電解液，無法充分利用電流效率;要么將廢棄物放置于陽極，但電極與污泥接觸不充分，導致電解效率低下。因此改進電化學處理方法是電化學法去除并回收廢棄物中重金屬的關鍵。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，提供了一種利用電化學方法去除和回收污泥中重金屬的新方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案步驟如下:
[0006]步驟一.調節污泥含水率至90%，攪拌；
[0007]取適量城市污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調節至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉速攪拌1min，使污泥和水均勾混合；
[0008]步驟二.選擇性添加螯合劑或絡合劑，攪拌預處理；
[0009]在步驟一處理后的污泥中選擇性添加化學藥劑螯合劑氨水或絡合劑乙二胺，其中分析純氨水體積添加比％水/%^1為0.12，分析純乙二胺的體積添加比.06。并用增力電動攪拌機以lOOr/min轉速緩慢攪拌24h，進行預處理。添加藥劑的目的是利用絡合或螯合作用提升污泥中重金屬的去除回收效率，也可不添加任何藥劑，直接進入第三步；
[0010]步驟三.組裝電解裝置；
[0011]用電滲析陽離子膜將陰、陽極區域隔開，將步驟二中預處理后的污泥倒入電解裝置的陽極區，陰極區為0.05mol/L的Nacl溶液。將攪拌器和陽極板安裝在陽極區中心位置，接好電源;Nacl溶液與脫水污泥的體積比為1:2 ；
[0012]步驟四.攪拌電解；
[0013]按步驟三安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉速攪拌，打開電源開關，控制電流密度為15mA/Cm2，持續攪拌電解120h。在電解和攪拌的作用下，陽極區電解水產生H+來酸化污泥，使污泥內的不可溶重金屬緩慢溶出，在有螯合或絡合劑的情況下發生螯合或絡合作用，溶解出的重金屬離子在外加電流的作用下由陽極區穿過陽離子膜到達陰極區，并與陰極電解水產生的OH+結合形成沉淀沉積下來；
[0014]步驟五.回收污泥中重金屬；
[0015]電解結束后，過濾電解裝置陰極區溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀。再根據沉淀中重金屬的種類采用不同的方法回收重金屬。陰極區過濾后的Nacl溶液可循環利用。
[0016]本發明所具有的有益效果:
[0017]本發明將污泥直接放在陽極區，利用陽極電解水產生的H+來直接酸化污泥，而不用額外添加酸，減少了二次污染，提高了重金屬的去除率。此外，污泥直接放在陽極區，電極能與污泥充分接觸，充分利用電流效率，電解效率高。同時也很好地利用了陰陽極電化學反應的作用，增加了污泥與電解液之間的膜交換面積，減少了離子迀移距離，重金屬去除率高，電能利用率高，改善了重金屬回收的問題，可以達到降低污染和資源回收的雙重目的，兼具環境價值及經濟效益。同時該方法可動態循環持續進行，電解時間亦能根據去除需求進行縮減或延長，能滿足工業生產過程中的實際需求。
【具體實施方式】
[0018]下面對本
【發明內容】
作進一步的說明。
[0019]實施例1
[0020]步驟一.調節污泥含水率至90%，攪拌；
[0021 ] 取2L杭州七格污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調節至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉速攪拌1min，使污泥和水均勻混合；
[0022]步驟二.組裝電解裝置；
[0023]用電滲析陽離子膜將陰、陽極隔開，將步驟一處理后的污泥倒入電解裝置的陽極區，陰極區裝入lL0.05mol/L的Nacl溶液。將攪拌器和陽極板安裝在陽極區中心位置，接好電源；
[0024]步驟三.攪拌電解；
[0025]按步驟二安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉速攪拌，打開電源開關，控制電流密度為15mA/Cm2，持續攪拌電解120h。在電解和攪拌的作用下，陽極區電解水產生H+來酸化污泥，使污泥內的不可溶重金屬緩慢溶出，并與陰極電解水產生的OH+結合形成沉淀沉積下來；
[0026]步驟四.回收污泥中重金屬；
[0027]電解后，過濾電解裝置陰極區溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀、烘干回收。陰極區過濾后的Nacl溶液可循環利用。
[0028]通過該實施例，電解后污泥中鋅Zn、銅Cu、鉛Pb的含量由最初的1888.19mg/kg、288.55mg/kg 和 233.54mg/kg，下降到了 1102.14mg/kg、212.2911^/1^和150.38mg/kg，符合國家相關排放標準，去除率分別為41.63%、26.34%和35.61 %。并在陰極區回收重金屬化合物沉淀2.97g。
[0029]實施例2
[0030]步驟一.調節污泥含水率至90%，攪拌；
[0031 ] 取2L杭州七格污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調節至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉速攪拌1min，使污泥和水均勻混合；
[0032]步驟二.按體積比0.12加入絡合劑分析純氨水，攪拌預處理；
[0033]在步驟一處理后的污泥中按魂為0.12的比例添加分析純氨水，并用增力電動攪拌機以100r/min轉速緩慢攪拌24h。
[0034]步驟三.組裝電解裝置；
[0035]用電滲析陽離子膜將陰、陽極隔開，然后將步驟二中預處理結束后的污泥倒入電解裝置的陽極區，陰極區裝入lL0.05mol/L的Nacl溶液。將攪拌器和陽極板安裝在陽極區中心位置，接好電源；
[0036]步驟四.攪拌電解；
[0037]按步驟三安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉速攪拌，打開電源開關，控制電流密度為15mA/Cm2，持續攪拌電解120h。在電解和攪拌的作用下，陽極區電解水產生H+來酸化污泥，使污泥內的不可溶重金屬緩慢溶出，在有絡合劑的情況下發生絡合作用，在外加電流的作用下將重金屬離子由陽極區透過陽離子膜到達陰極區，并與陰極電解水產生的OH+結合形成沉淀沉積下來；
[0038]步驟五.回收污泥中重金屬；
[0039]電解后，過濾電解裝置陰極區溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀，烘干回收。陰極區過濾后的Nacl溶液可循環利用。
[0040]通過該實施例，電解后污泥中鋅Zn、銅Cu、鉛Pb的含量由最初的1888.19mg/kg、288.55mg/kg 和 233.54mg/kg，下降到了 528.88mg/kg、107.7411^/1^和122.42mg/kg，符合國家相關排放標準，去除率分別為71.99%、62.66%和47.58%。并在陰極區回收重金屬化合物沉淀3.30g。
[0041 ] 實施例3
[0042]步驟一.調節污泥含水率至90%，攪拌；
[0043]取2L杭州七格污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調節至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉速攪拌1min，使污泥和水均勻混合；
[0044]步驟二.按體積比0.06加入分析純乙二胺，攪拌預處理；
[0045]在步驟一處理后的污泥中按Vds/V創柯!為0.06的比例添加分析純乙二胺，并用增力電動攪拌機以100r/min轉速緩慢攪拌24h。
[0046]步驟三.組裝電解裝置；
[0047]用電滲析陽離子膜將陰、陽極隔開，將步驟二中預處理結束后的污泥倒入電解裝置的陽極區，陰極區裝入lL0.05mol/L的Nacl溶液。將攪拌器和陽極板安裝在陽極區中心位置，接好電源；
[0048]步驟四.攪拌電解；
[0049]按步驟三安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉速攪拌，打開電源開關，控制電流密度為15mA/Cm2，持續攪拌電解120h。在電解和攪拌的作用下，陽極區電解水產生H+來酸化污泥，使污泥內的不可溶重金屬緩慢溶出，在有螯合劑的情況下發生螯合作用，在外加電流的作用下將重金屬離子由陽極區透過陽離子膜到達陰極區，并與陰極電解水產生的OH+結合形成沉淀沉積下來；
[0050]步驟五.回收污泥中重金屬；
[0051]電解后，過濾電解裝置陰極區溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀，烘干回收。陰極區過濾后的Nacl溶液可循環利用。
[0052]通過該實施例，電解后污泥中鋅Zn、銅Cu、鉛Pb的含量由最初的1888.19mg/kg、288.55mg/kg 和 233.54mg/kg，下降到了 539.08mg/kg、140.03mg/kg和 103.90mg/kg，符合國家相關排放標準，去除率分別為71.45%、51.47%和55.51 %。并在陰極區回收重金屬化合物沉淀3.31g。
【主權項】
1.一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一.調節污泥含水率至90 %，攪拌； 取適量城市污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調節至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉速攪拌1min，使污泥和水均勾混合； 步驟二.組裝電解裝置； 用電滲析陽離子膜將陰、陽極區域隔開，將步驟一中預處理后的污泥倒入電解裝置的陽極區，陰極區為0.05mol/L的Nacl溶液;將攪拌器和陽極板安裝在陽極區中心位置，接好電源;Nacl溶液與脫水污泥的體積比為1:2 ； 步驟三.攪拌電解； 按步驟二安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉速攪拌，打開電源開關，控制電流密度為15mA/Cm2，持續攪拌電解120h;在電解和攪拌的作用下，陽極區電解水產生H+來酸化污泥，使污泥內的不可溶重金屬緩慢溶出，在有螯合或絡合劑的情況下發生螯合或絡合作用，溶解出的重金屬離子在外加電流的作用下由陽極區穿過陽離子膜到達陰極區，并與陰極電解水產生的OH+結合形成沉淀沉積下來； 步驟五.回收污泥中重金屬； 電解結束后，過濾電解裝置陰極區溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀;再根據沉淀中重金屬的種類采用不同的方法回收重金屬；陰極區過濾后的Nacl溶液可循環利用。2.根據權利要求1所述的一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于:步驟一中，在污泥和水均勻混合后添加化學藥劑絡合劑氨水，其中純氨水體積添加比VmAm為0.12，并用增力電動攪拌機以100r/min轉速緩慢攪拌24h，進行預處理。3.根據權利要求1所述的一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于:步驟一中，在污泥和水均勻混合后添加螯合劑純乙二胺，其中純乙二胺的體積添加比為0.06;并用增力電動攪拌機以100r/min轉速緩慢攪拌24h，進行預處理。
【文檔編號】C02F11/00GK105884157SQ201610377478
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】胡勤海, 裴冬冬, 蕭晨霞, 唐劍昭, 徐俊鵬
【申請人】浙江大學