申请日2007.04.30
公开(公告)日2007.10.03
IPC分类号C02F101/20; C02F11/00
摘要
一种处理污泥重金属的方法，涉及处理城市污泥中含锌和铜量高的方法。本发明利用石灰改性的粉煤灰吸附剂，钝化处理脱水城市污泥中含量高的锌和铜。由于本发明具有操作简单、充分利用粉煤灰废物资源、钝化污泥重金属效果好，特别对污泥中重金属铜的钝化率高达85%以上、锌的钝化率高达70%以上，处理后污泥中Zn、Cu、Mn的交换态、有机结合态的含量有明显下降趋势等特点。故本发明可广泛应用于处理污泥中的重金属，特别适用于处理城市污泥中的高含量的锌和铜重金属。采用本发明处理的污泥可广泛应用于农业、园林绿地及屋顶绿化，有利于充分利用污泥资源，有利于环保。
権利要求書
1、一种处理污泥重金属的方法，其特征在于具体的方法步骤如下：
(1)制备石灰改性粉煤灰吸附剂
按照石灰∶粉煤灰的重量比为1∶5.7～19的比例，将石灰和粉煤灰混合均匀，然后将混 合物进行焙烧，焙烧温度为950～1050℃，培烧2.5～3.5小时后，再将物料取出并冷却，最后 磨细，就制备出比表面积为850～1050m2/kg的改性粉煤灰吸附剂;
(2)处理污泥
步骤(1)完成后，在过10目筛的脱水城市污泥中，加入步骤(1)制备出的石灰改性粉 煤灰吸附剂，搅拌混合均匀，在30～58℃温度下，用恒重法维持水分为35～45%的条件下，钝 化10～15天，其中吸附剂∶脱水污泥的重量百分比为1∶4～9。
2、按照权利1所述的一种处理污泥重金属的方法，其特征在于一种处理污泥重金属的方法 的具体步骤如下：
(1)制备石灰改性粉煤灰吸附剂
按照石灰∶粉煤灰的重量比为1∶5.7的比例，将石灰和粉煤灰加入高速混合机中混合均 匀，然后将混合物投入焙烧炉中焙烧，焙烧温度为950℃，培烧2.5小时后，再将物料取出并 冷却，最后磨细，就制备出比表面积为850m2/kg的改性粉煤灰吸附剂;
(2)处理污泥
步骤(1)完成后，在过10目筛的脱水城市污泥中，加入步骤(1)制备出的石灰改性粉 煤灰吸附剂，搅拌混合均匀，在30℃温度下，用恒重法维持水分为35%的条件下，钝化10天， 其中吸附剂∶脱水污泥的重量百分比为1∶4。
3、按照权利2所述的一种处理污泥重金属的方法，其特征在于一种处理污泥重金属的方法 的具体步骤如下：
(1)制备石灰改性粉煤灰吸附剂
按照石灰∶粉煤灰的重量比为1∶14的比例，将石灰和粉煤灰加入高速混合机中混合均 匀，然后将混合物投入焙烧炉中焙烧，焙烧温度为1000℃，培烧3小时后，再将物料取出并 冷却，最后磨细，就制备出比表面积为1000m2/kg的改性粉煤灰吸附剂;
(2)处理污泥
步骤(1)完成后，在过10目筛的脱水城市污泥中，加入步骤(1)制备出的石灰改性粉 煤灰吸附剂，搅拌混合均匀，在42℃温度下，用恒重法维持水分为40%的条件下，钝化14天， 其中吸附剂∶脱水污泥的重量百分比为1∶6。
4、按照权利3所述的一种处理污泥重金属的方法，其特征在于一种处理污泥重金属的 方法的具体步骤如下：
(1)制备石灰改性粉煤灰吸附剂
按照石灰∶粉煤灰的重量比为1∶19的比例，将石灰和粉煤灰加入高速混合机中混合均 匀，然后将混合物投入焙烧炉中焙烧，焙烧温度为1050℃，培烧3.5小时后，再将物料取出 并冷却，最后磨细，就制备出比表面积为1050m2/kg的改性粉煤灰吸附剂;
(2)处理污泥
步骤(1)完成后，在过10目筛的脱水城市污泥中，加入步骤(1)制备出的石灰改性粉 煤灰吸附剂，搅拌混合均匀，在58℃温度下，用恒重法维持水分为45%的条件下，钝化15天， 其中吸附剂∶脱水污泥的重量百分比为1∶9。
说明书
一种处理污泥重金属的方法
一、技术领域
本发明属于处理污泥重金属的技术领域，特别涉及处理城市污泥中含锌和铜量高的 的方法。
二、背景技术
污泥的处置和利用越来越引起人们的关注，由于污泥中含有丰富的氮、磷、钾和有 机质，是良好的植物养分原料和土壤物理性状改良剂，作为农业以及园林绿化利用是一 种最为经济可行和最有前景的处置方法，深受世界各国重视。但目前世界各国污泥的利 用率不高，如英国、瑞士、荷兰等也仅为40%～50%。其重要的原因是污泥中的重金属 含量超标。而我国污水处理厂产生的污泥中重金属含量较高，特别是污泥中铅(Pb)、 锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)等重金属元素常常超标。统计结果表明：我国城市污泥 重金属污染主要以Zn和Cu为主，其它重金属含量较低。我国城市大量使用镀锌管道是 生活污泥中Zn含量较高的原因之一。这不仅影响了污泥利用，还由于污泥重金属的浸出 而造成二次污染。因此，解决污泥中的重金属，使污泥中的重金属含量不超标、无害化 和资源化，已成为我国乃至全世界环境界广泛关注的课题之一。
随着环境科学研究的深入，人们逐渐认识到污泥重金属对环境的危害除了与其总量 有关外，更大程度上取决于其形态的分布，故污泥中重金属形态分布的研究对污泥的开 发利用具有重要的指导意义。重金属的生物有效性与重金属的形态有密切关系。一般来 说，污泥中重金属的存在形态可分为：①可交换态;②碳酸盐结合态;③铁锰氧化物结 合态;④硫化物及有机结合态;⑤残渣态等。可交换态属于有效的且容易被作物吸收利 用，称为可利用态;碳酸盐结合态是指与碳酸盐结合的重金属;铁锰结合态是指与铁锰 结合的重金属离子，它们之间有很强的结合能力;硫化物及有机结合态是指与硫结合的 重金属和与有机物形成络合物的重金属离子;残渣态是指已提取上述四个组分后以层状 硅酸盐形态存在的重金属离子，其中可交换态和有机结合态重金属的生物有效性较高， 而其它的生物有效性低。因此如何降低可交换态和有机结合态重金属的生物有效性是处 理污泥中的重金属的关键所在。
现有处理污泥中重金属的方法主要有：固化/稳定化、化学试剂提取、微生物淋滤、 焚烧、植物修复等方法。化学法、生物法、植物修复法和焚烧法的缺点在于：从污泥中 去除重金属不仅需要大量的财力、物力，而且面对每年上百吨的污泥采取这种方法显然 是不实际的，而那些吸收富集了重金属的植物，也存在着难以进一步处理，并可能会造 成二次污染问题;有研究利用粉煤灰直接钝化污泥中的重金属，尽管试验结果表明加入 10%～20%的粉煤灰可使污泥中的锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、铅(Pb)的可利用态含 量明显下降，其形态由不稳定态转化为稳定状态，但处理污泥与土壤以1∶5体积比施用 时才不会对污泥的生物学效应和环境效应产生影响。而且此方法是利用粉煤灰的强碱性 使污泥中的重金属生成碱性沉淀物，沉淀物遇酸又会溶解，进而失去固化稳定作用造成 二次污染，特别对于酸雨比较严重的重庆显然是不可行的。
三、发明内容
本发明的目的是：针对现有处理污泥重金属方法的不足之处，提供一种处理污泥重 金属的方法，该方法具有钝化污泥重金属不可逆性、处理后的污泥可直接用于佛甲草等 屋顶绿化的建坪基质以及其他的农业和园林绿化、操作简单、并能充分利用粉煤灰污泥 废物资源、成本低廉等特点。
本发明的机理：粉煤灰是我国排放量最大的燃烧废物，但粉煤灰具有一定活性的多 孔球状细小颗粒，有较强的吸附能力。特别是石灰改性的粉煤灰吸附剂具有很大的比表 面积，比原状粉煤灰增大2.5倍，因此它具有很强的物理吸附能力，同时也使得它的化 学吸附性得到增强。另外，粉煤灰改性生成的铝硅酸盐和硅酸盐类具有很强的离子交换 性能，可与污泥中的重金属发生离子交换吸附，且一般都为不可逆的。同时改性粉煤灰 也具有强碱性，在高pH值的改性粉煤灰作用下能消灭并杀死污泥中的病原体，从而使污 染物的毒性减小或消除。
实现本发明目的的技术方案是：一种处理污泥重金属的方法。利用石灰改性的粉煤 灰吸附剂具有很大的比表面积和很强的物理吸附性能以及很强的阳离子交换性能，用其 钝化处理脱水城市污泥中含量高的锌(Zn)和铜(Cu)，具体的方法步骤如下：
(1)制备石灰改性粉煤灰吸附剂
按照石灰∶粉煤灰的重量比为1∶5.7～19的比例，将石灰和粉煤灰混合均匀，然后将 混合物进行焙烧，焙烧温度为950～1050℃，培烧2.5～3.5小时后，再将物料取出并冷却， 最后磨细，就制备出比表面积为850～1050m2/kg的改性粉煤灰吸附剂。
(2)处理污泥
步骤(1)完成后，在过10目筛的脱水城市污泥中，加入步骤(1)制备出的石灰改 性粉煤灰吸附剂，搅拌混合均匀，在30～58℃温度下，用恒重法维持水分为35～45%的条 件下，钝化10～15天。其中吸附剂∶脱水污泥的重量百分比为1∶4～9。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下特点：
1石灰改性的粉煤灰吸附剂，能将污泥的pH值调整至使重金属离子具有最小溶解度 的范围，能控制污泥中重金属的氧化/还原电势，生成稳定的通常环境下不会浸出的金属 化合物。因此，对污泥的钝化效果好，特别是对污泥中重金属铜的钝化率高达85%以上， 锌的钝化率达高达70%以上。
2处理后污泥中Zn、Cu、Mn三种元素的交换态、有机结合态的含量呈明显下降趋 势，而铁锰氧化态和残渣态的含量呈增加趋势。从而降低了污泥重金属的生物有效性。
3该处理后的污泥可直接用于屋顶草坪建坪的基质及农业和园林绿化，而不会对环 境造成污染，有利于环保。
4本发明方法操作简单，充分利用粉煤灰废物资源，成本低廉，便于推广应用。
本发明可广泛应用于处理污泥中的重金属，特别适用于处理城市污泥中的含量高的 锌和铜。采用本发明处理后的污泥是良好的植物养分原料和土壤物理形状改良剂，可广 泛用于农业和园林绿地及屋顶绿化，有利于充分利用污泥资源，有利于环保。