申请日2012.11.01
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号C02F11/00
摘要
本发明涉及一种污泥处理用重金属稳定剂，其中各组分重量配比如下：无机粉料30～90份，硫化物O.1-20份，有机螯合物0.1～20份，酰胺类化学物O.1～20份，有机絮凝剂O.1～20份，本发明用于处理污泥，特别适合含量低或多种重金属同时存在的污泥，经重金属稳定剂固化稳定化后污泥中重金属的浸出液重金属含量远远低于国家标准，稳定处理后的污泥可就地填埋或应用于路基、绿化、覆土、生态修复等，有效解决重金属污泥处置难的问题，不对环境造成二次污染，是一种高效、合理、环保、经济的处理工艺，广泛应用于污泥处理处置中。本发明原料廉价易得，具有工艺、设备简单，投资小，易于操作等特点，具有高的经济效益。另外，本发明还提供一种采用上述重金属稳定剂处理污泥的方法。
权利要求书
1.污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述组合物中各组分重量配比如下：
。
2.如权利要求1所述的污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述无机粉料为羟基磷灰石、钙基膨润土、钠基膨润土、磷酸岩矿石、氧化钙粉体、氢氧化钙粉体、Ca02中的一种或组合。
3.如权利要求1所述的污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述硫化物为硫化钾、硫化钠、硫化铵、硫化钙、硫代硫酸钠、硫氢化钠、硫氢化钾、Na2S4中的一种或组合。
4.如权利要求1所述的污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述有机螯合物为L--胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐、二亚乙基二胺五乙酸及其钠盐中的一种或其组合。
5.如权利要求1所述的污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述酰胺类化合物为丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺中的一种或其组合。
6.如权利要求1所述的污泥处理用重金属稳定剂，其特征在于：所述有机絮凝剂为高分子聚丙烯酰胺絮凝剂、高分子聚羧酸絮凝剂、聚丙烯酰胺改性絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂的一种或其组合。
7.一种采用权利要求1.6任一权利要求中的重金属稳定剂处理污泥的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按设定比例称取无机粉料、硫化物、有机螯合物、酰胺类化合物、有机絮凝剂后，将其置于搅拌器中搅拌至混合均匀，得到重金属稳定剂。
(2)称取相对于污泥总重量0.01～10%的重金属稳定剂并将其全部添加到污泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀。
(3)将污泥摊开，自然晾晒养护。
说明书
一种用于污泥处理的重金属稳定剂及采用该重金属稳定剂处理污泥的方法
【技术领域】
本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种污泥处理用重金属稳定剂及采用该重金属稳定 剂处理污泥中重金属的方法。
【背景技术】
污水处理厂在污水处理过程中产生的污泥中含有大量重金属，如果处理不当，污泥中的 重金属污染物会进入土壤，在环境中迁移或扩散，危害人类及其他生物安全。
目前处置污泥中的重金属的方法有分离方法和固化方法。分离方法主要有采用化学分离 法、生物沥滤法、植物修复法或生物吸附法将重金属污染物从污泥中析出，使其与污泥分离， 达到消除污染的目的，分离方法成本高，难以大规模使用。固化方法是通过物理、化学或者 生物的方式将污泥中的重金属进行固化稳定化，添加固化剂与污泥中，使其变为不可流动性 或者形成固体的过程，降低其环境活性来减轻污染。
传统的重金属固化处理主要采用土壤固化法、玻璃化、淋滤法、洗土法、电化学法等物 理化学方法，其中固化法将重金属固定在污泥中，通过物理、化学或者生物的方式将污泥中 的重金属进行稳定化固化处理，添加助剂于污泥中，使其变为不可流动或者形成固体，从而 降低其对环境带来的污染，目前采用的固化方法主要包括水泥固化、石灰固化、热塑性固化、 熔融固化、自胶结固化等。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、水玻璃等。这些方法的缺点 在于经过固化处理后的污泥不能作为土壤使用，破坏了污泥的结构、透水性、透气性等土壤 的基本性能，是污泥硬化板结，并且增加了其他固化物，使污泥体积增大。
目前以上各种处置重金属方法存在以下缺点：采用的分离方法如生物法、电化学方法等， 原料昂贵，设备复杂，成本高，难以大规模使用，而且运用的物理化学、电化学方法对重金 属污染土壤的修复过程往往又会造成对土壤的再次污染;采用的固化方法的材料来源单一， 大多为胶凝材料水泥、沥青、玻璃、水玻璃等等，使污泥碱性增强，硬化板结，破坏土壤生 态环境、导致土壤结构丧失，土壤生物活性下降和土壤肥力退化，不利于植物生长，经常需 要二次再处理，工艺复杂;此外传统的水泥、沥青等固化基质的高渗透性、高空隙对部分重 金属如铅、汞、铬等固化效果差。
【发明内容】
为解决现有固化法处理污泥中重金属时存在的缺点，本发明提供一种用于污泥处理的重 金属稳定剂及采用该重金属稳定剂处理污泥的方法。
本发明的污泥处理用重金属稳定剂，其各组分重量配比如下：无机粉料30～90份;硫化 物O.1～20份;有机螯合物O.1,--20份;酰胺类化合物O.1～20份;有机絮凝剂0.1～20份。
优选的，所述无机粉料为羟基磷灰石、钙基膨润土、钠基膨润土、磷酸岩矿石、氧化钙 粉体、氢氧化钙粉体、CaO2中的一种或组合。
优选的，所述硫化物为硫化钾、硫化钠、硫化铵、硫化钙、硫代硫酸钠、硫氢化钠、硫 氢化钾、Na2S4中的一种或组合。
优选的，所述有机螯合物为7,-胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐、二亚 乙基二胺五乙酸及其钠盐中的一种或其组合。
优选的，所述酰胺类化合物为丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺中的一种或其 组合。
优选的，所述有机絮凝剂为高分子聚丙烯酰胺絮凝剂、高分子聚羧酸絮凝剂、聚丙烯酰 胺改性絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂的一种或其组合。
一种采用重金属稳定剂处理污泥的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按设定比例 称取无机粉料、硫化物、有机螯合物、酰胺类化合物后，将其置于搅拌器中搅拌至混合均匀， 得到重金属稳定剂。(2)称取相对于污泥总重量0.01～10%的重金属稳定剂并将其全部添加到 污泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀。(3)将污泥摊开，自然晾晒养护。
本发明重金属稳定剂处理污泥中重金属，能控制污泥中重金属的氧化/还原电势，生成稳 定的常态下不会析出的金属化学物，如硫化物沉淀、氢氧化物沉淀、氧化物沉淀、无机络合 物、有机络合物及共沉淀物等。与现有技术相比，本发明的重金属稳定剂来源广泛，成本低， 易于大规模生产，具有工艺、设备简单，投资小，易于操作等特点，具有高的经济效益;采 用本发明的固化稳定剂处理后的污泥酸碱性适中，可就地填埋或应用于路基、绿化、覆土、 生态修复等，有效解决重金属污泥处置难的问题，不对环境造成二次污染，是一种高效、合 理、环保、经济的污泥中重金属的处理工艺，广泛应用于污泥处理处置中;固化稳定化后污 泥中重金属的浸出液重金属含量远远低于国家土地利用的标准。
【具体实施方式】
本发明的污泥处理用重金属稳定剂中各组分及重量配比如下：无机粉料30～90份;硫化 物0.1～20份：有机螯合物O.1～20份;酰胺类化学物0.1,--20份;有机絮凝剂O.1～20份。
其中，所述无机粉料为羟基磷灰石、钙基膨润土、钠基膨润土、磷酸盐矿石、氧化钙粉 体、氢氧化钙粉体中的一种或组合，无机粉料是一种钝化剂，可有效地降低污泥中重金属有 效态的含量。
羟基磷灰石能有效增加沉积物吸附性能和吸附亲和力：①羟基磷灰石可通过溶解作用释 放出pon3-，而P043-等阴离子电性的增加导致对重金属阳离子的吸附加大;②重金属阳离子和 H2P04-吸附进行共沉淀反应而成为新的阴离子;③重金属阳离子与磷灰石矿质表面基团形成 络合物;④重金属阳离子与羟基磷灰石中的Ca2+进行离子交换而吸附在羟基磷灰石表面，生 成的溶解性很小的Pblo(P04)6(OH)2，因此吸附于羟基磷灰石中的pb2+不易解吸，稳定效果较 好。
CaO、Ca02化合物都是碱性化合物，它们与水反应产生OH-离子，使底泥pH上升，在较 低石灰水平下，污泥中有机质的主要官能团羟基以及羧基和粘土矿物表面羟基均与OH-反应， 使底泥表面可变电荷增加，从而降低了底泥重金属的专性吸附比例。在这一过程中，OH-与 C02，反应生成C032-，而碳酸根可与重金属离子生成难溶的碳酸盐，另一方面石灰在底泥中 可将重金属离子水解生成氢氧化物，增强了对金属稳定化作用。
膨润土中的主要成分蒙脱石具有独特的晶体结构，使其对重金属离子拥有良好的交换性 和选择吸附性。’‘
磷酸盐矿物表面可吸附重金属，且磷酸盐和重金属生成矿物沉淀和磷酸盐。
其中，所述硫化物为硫化钾、硫化钠、硫化铵、硫化钙、硫代硫酸钠、硫氢化钠、硫氢 化钾、Na2S4中的一种或组合。硫化物能够与污泥、土壤等成分积极地固定和稳定金属类物质， 并且将其包裹在污泥所具有的复合结晶结构中，从而加强固化稳定的效果;硫酸盐的存在能 够促进重金属向稳定的硫化物形态转变;Na2S则能与重金属离子反应生成难溶的硫化物;重 金属离子在硫酸铁氧化物表面的吸附率随pH值的升高而增大，硫酸铁氧化物对重金属具有较 强的专属化学吸附作用，某些带相反电荷的重金属污染物可以与其共沉淀于铁氧化物的表面 上，通过螯合反应与S2-生成难溶盐可以起到固定作用。
其中，所述有机螯合物为乙二胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐、二亚乙 基二胺五乙酸及其钠盐中的一种或其组合。有机螯合物对重金属具有很强的螯合作用，从而 防止金属离子迁徙。
其中，所述酰胺类化合物为丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺的一种或其组合。 酰胺类化合物主要是与污泥中所含的铜离子、钙离子与钴离子作用，酰胺化学物的加入起到 明显的抑制铜离子的离子化反应，降低了铜离子、钙离子与钴离子对二恶英的催化作用。
其中，所述有机絮凝剂为高分子聚丙烯酰胺絮凝剂、高分子聚羧酸絮凝剂、聚丙烯酰胺 改性絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂的一种或其组合。有机絮凝剂能与重金 属结合，形成以重金属离子为中心离子，以有机质活性基团为配位体的结合或是硫离子与重 金属生成难溶于水的有机结合态，起到固定重金属的作用。
采用本发明的重金属稳定剂处理污泥的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按设定比例称取无机粉料、硫化物、有机螯合物、酰胺类聚合物后，将其置于搅拌 器中搅拌至混合均匀，得到重金属稳定剂。
(2)称取相对于污泥总重量0.01-10%的重金属稳定剂并将其全部添加到污泥中后，置于 搅拌器中搅拌至混合均匀。
(3)将污泥摊开，自然晾晒养护。
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。在以下实施例中根据美国环境保护署的固体 废弃物毒性浸出(TCLP)法，按样品的酸碱度和缓冲量不同采用不同的重金属浸出方法测量处 理后的污泥中重金属的含量，该数值越小，说明重金属越不易浸出，其中，重金属含量用m妙L 表示。具体的测量方法为：当样品pH小于5时，加入试剂1(将5.7mL冰醋酸加入到500mL 蒸馏水中，再加入64.3mL1mol/L的NaOH溶液，用蒸馏水定容至1L制得pH为4.93±0.05); 当样品pH大于5时，加入试剂2(将5.7mL冰醋酸用蒸馏水定容至1L制得pH为2.88±O.05)。 缓冲液的pH用1mol/LHN03溶液和1mol/LNaOH溶液来调节，缓冲液和样品的质量比为 20：1。混合液以(30±2)r/min于常温下振荡(18±2)h，离心、过滤，再用1mol/L的HN03溶 液调节浸出液pH约至2，以便长期保存。
本发明的污泥取自于广东省某污水厂污泥，经自然风干3天后，含水量为49.6%。
实施例1
称取羟基磷灰石30份、膨润土30份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠5份、乙 二胺四乙酸钠0.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂0.8份，将其置于搅拌器中搅拌至混 合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到污 泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定浸出液中的重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例2
称取羟基磷灰石60份、过氧化钙5份、氧化钙12份、氢氧化钙14份、硫化钙5份、乙 二胺四乙酸钠1.5份、碳酰二胺1.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂1.8份，将其置于搅拌器中搅拌至 混合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到 污泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定浸出液中的重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例3
称取磷酸岩矿石30份、膨润土26份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠5份、乙 二胺四乙酸钠2.5份、碳酰胺1.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂1.8份，将其置于搅拌器中搅拌至混 合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到污 泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定浸出液中的重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例4
称取羟基磷灰石26份、膨润土30份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠5份、乙 二胺四乙酸钠1.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酸絮凝剂3.8份，将其置于搅拌器中搅拌至混合 均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到污泥 中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定浸出液中的重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例5
称取羟基磷灰石30份、膨润土25份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠5份、硫 代硫酸钠2份、乙二胺四乙酸钠1.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂1.8份，将其置于 搅拌器中搅拌至混合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并 将其全部添加到污泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定液重金属含量，在表l中列出了测试结果。
实施例6
称取羟基磷灰石30份、膨润土30份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠4.5份、乙 二胺四乙酸钠0.5份、碳酰胺0.8份、聚丙烯酰胺改性絮凝剂1.2份，将其置于搅拌器中搅拌 至混合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加 到污泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测 定浸出液重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例7
称取羟基磷灰石30份、膨润土30份、氧化钙20份、氢氧化钙14份、硫化钠4.5份、乙 二胺四乙酸钠0.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂0.8份，将其置于搅拌器中搅拌至混 合均匀，得到重金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到污 泥中后，置于搅拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。
在搅拌器中，将污泥重量5%的污泥处理用重金属稳定剂添加污泥中，搅拌均匀后于室温 下进行养护。2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光 光度计测定浸出液重金属含量，在表1中列出了测试结果。
实施例8
称取氧化钙50份、氢氧化钙35份、硫化钠5份、硫代硫酸钠5份、乙二胺四乙酸钠0.5 份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝剂0.8份后，将其置于搅拌器中搅拌至混合均匀，得到重 金属稳定剂;称取相对于污泥总重量5%的重金属稳定剂并将其全部添加到污泥中后，置于搅 拌器中搅拌至混合均匀;将污泥摊开，自然晾晒养护。