申请日2005.03.01
公开(公告)日2005.10.05
IPC分类号C22B3/26; B01J39/16
摘要
本发明公开了一种利用可生物降解的绿色高分子聚天冬氨酸作为萃取剂、对城市污水厂污泥及土壤中的重金属实现有效分离，并实现重金属的回收和聚天冬氨酸的循环使用的新工艺，工艺步骤如下：首先制备污泥悬浮液;其次向悬浮液中添加聚天冬氨酸溶液，聚天冬氨酸与污泥中重金属总量的浓度比范围为0.1～10，再用酸碱溶液调节悬浮液后离心分离，根据样品中所含重金属离子种类及含量，用酸碱溶液调节离心分离得到的清夜的pH值及用不同类型的离子交换树脂分别对上述经调节pH值的清液进行重金属的分离。本发明工艺实现了重金属的资源化利用和聚天冬氨酸的循环使用，具有提高经济效益、环保等优点。
权利要求书
1、一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新工艺，包括如下步骤：
A、污泥悬浮液制备
取来自城市污水处理厂的污泥或受污染的土壤样品，风干、筛 分，对于酸性污泥或土壤样品，用碱溶液调节悬浮液，对于碱性污 泥或土壤样品，用酸溶液调节悬浮液，悬浮液浸泡1～5天;
B、萃取
向悬浮液中添加聚天冬氨酸溶液，聚天冬氨酸与污泥中重金属 总量的浓度比范围为0.1～10，摇匀，再用酸碱溶液调节悬浮液，调 节后的pH值范围为1～10，将上述混合液置于恒温振荡器上振荡， 然后萃取悬浮液在离心机上进行离心分离。
C、重金属的回收及聚天冬氨酸的循环使用
将上一步离心分离得到的清夜，根据样品中所含重金属离子种 类及含量，用酸碱溶液调节清液的pH值，再根据样品中所含重金 属离子种类及含量的不同，选用强酸型离子交换树脂、弱酸型离子 交换树脂、螯合型离子交换树脂在内的三类离子交换树脂，分别对 上述经调节pH值的清液进行重金属的分离。
2.根据权利要求1所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所述可生物降解的高分子聚天冬氨酸选用下述 三种不同的合成方法制得的高分子聚天冬氨酸中的一种或一种以 上：由L-天冬氨酸热缩聚合成的聚天冬氨酸;以马来酸酐和碳酸铵 或氨水为原料合成的聚天冬氨酸;以马来酸酐和磷酸为原料合成的 聚天冬氨酸。
3.根据权利要求2所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所选用的聚天冬氨酸的分子量范围在2,000到 20,000之间。
4.根据权利要求1所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所述B步骤中调节悬浮液所用的酸选用盐酸、 硝酸、硫酸、醋酸、磷酸或柠檬酸中的一种或一种以上的混合物， 调节悬浮液所用的碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、生石灰、 碳酸钠或氨水中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所述B步骤中用酸碱溶液调节后的悬浮液pH 值范围为4～8。
6.根据权利要求1所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所述B步骤中悬浮液恒温振荡的温度范围为0～ 40℃，恒温振荡时间为0.5～72小时。
7.根据权利要求1所述的一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新 工艺，其特征在于：所述C步骤中离心分离的转速为1000～5000rpm， 离心分离时间为10～100min。
说明书
一种分离及回收污泥及土壤中重金属的新工艺
技术领域
本发明涉及一种环保型的重金属分离及回收绿色工艺，尤其涉 及一种利用可生物降解的绿色高分子聚天冬氨酸作为萃取剂、对城 市污水厂污泥及土壤中的重金属实现有效分离，并实现重金属的回 收和聚天冬氨酸的循环使用的新工艺。
背景技术
瑞士联邦工学院的Tandy，S.[Environ.Sci.Technol.2004; 38(3);937-944]等人开展过可生物降解螯合剂乙二胺二丁二酸 (EDDS)对土壤中重金属的萃取研究，旨在替代目前应用最广的难 生物降解螯合剂EDTA，用于土壤中有毒有害重金属的非原位清洗 和螯合强化植物土壤修复。日本德岛大学的Yoshizaki，S.[Environ. Sci.Technol.2000;34(8);1572-1575]等用添加过氧化氢的磷 酸去除污水厂污泥中重金属，研究了用离子交换树脂方法进行磷酸 的循环再用和重金属的回收工艺。国内目前对污泥中重金属的研究 侧重于污泥中重金属的稳定化、形态分布、污泥本身对重金属的吸 附作用、及植物修复的盆栽试验研究。
迄今，国际、国内均没有关于聚天冬氨酸应用于污泥或受污染 土壤中重金属分离及资源化的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用可生物降解的绿色高分子聚天 冬氨酸(PASP)做萃取剂，结合萃取分离及离子交换工艺，分离及回 收污泥及土壤中的重金属。
本发明是通过以下技术方案实现的：
(1)污泥悬浮液制备
取来自城市污水处理厂的污泥或受污染的土壤样品(所含重金 属范围包括锌、镍、铬、铜、铅、镉、汞等)0.5～1000g，风干1～ 14天，过100～500目筛，对于酸性污泥或土壤样品，用碱溶液调 节悬浮液，调节悬浮液所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化 钙、生石灰、碳酸钠、氨水等。对于碱性污泥或土壤样品，用酸溶 液调节悬浮液，调节悬浮液所用酸包括盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、 磷酸、柠檬酸等。悬浮液浸泡1～5天。
(2)萃取过程
选用三类聚天冬氨酸分别作为萃取剂，包括由L-天冬氨酸热缩 聚合成的聚天冬氨酸、以马来酸酐和碳酸铵或氨水为原料合成的聚 天冬氨酸、以马来酸酐和磷酸为原料合成的聚天冬氨酸，所用的聚 天冬氨酸的分子量范围在2,000到20,000之间。
向悬浮液中添加一定量的聚天冬氨酸溶液，聚天冬氨酸与污泥 (或受污染土壤)中重金属总量的浓度比范围为0.1～10，摇匀，再 用酸碱溶液调节悬浮液，调节所用的酸包括盐酸、硝酸、硫酸、醋 酸、磷酸、柠檬酸等，调节所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢 氧化钙、生石灰、碳酸钠、氨水等。调节后的pH值范围为1～10， 其中萃取最佳pH范围为4～8。将上述混合液置于恒温振荡器上， 恒温振荡的温度范围为0～40℃，恒温振荡时间为0.5～72小时。萃 取悬浮液在离心机上离心分离，转速为1000～5000rpm，离心分离时 间为10～100min，清液供下一步离子交换使用，固体部分分离作为 土壤成分再利用。
(3)离子交换分离回收重金属及聚天冬氨酸(PASP)循环使用
对上一步提供的清液，用酸碱溶液调节清液的pH值，调节所 用的酸包括盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、磷酸、柠檬酸等，调节所用 的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、生石灰、碳酸钠、氨水 等。选用包括强酸型离子交换树脂、弱酸性离子交换树脂、螯合型 离子交换树脂在内的三类离子交换树脂，分别对上述经调节pH值 的清液进行重金属的分离。重金属被离子交换柱吸附，聚天冬氨酸 留在溶液中，作为萃取剂循环使用。然后，再用酸溶液对离子交换 树脂进行再生处理，回收重金属。再生后的离子交换树脂继续用于 重金属的分离。离子交换树脂再生所用的酸包括盐酸、硝酸、硫酸、 磷酸等。
本发明采用了可降解的绿色高分子聚天冬氨酸(PASP)做萃取 剂，结合萃取分离及离子交换工艺，分离及回收污泥及土壤中的重 金属，本发明工艺实现了重金属的资源化利用和聚天冬氨酸的循环 使用，具有提高经济效益、环保等优点。