申请日2018.12.18
公开(公告)日2019.03.29
IPC分类号C02F11/00; B01J20/24; B01J20/28; B01J20/30; C02F101/20; C02F101/30; C02F103/00
摘要
本发明涉及一种治理河道污泥重金属的方法。包括以下步骤：将含重金属的污泥中加入吸附剂小球震荡2‑6h，离心，得到处理后的产物。所述吸附剂小球的制备，步骤包括：将花生壳和玉米秸秆粉碎混合，用河道水浸泡，封口震荡30d;过滤，烘干，磨碎，得混合残渣;将改性混合残渣、改性粘土矿物、改性粉煤灰与交联剂混合，烘干，制得吸附剂小球。该方法避免河道污泥中重金属对环境的二次污染，且该方法对重金属的去除率高，材料环境友好，工程量小，费用低，实现固废的循环利用，还可抑制河道的黑臭水体产生，且吸附剂小球可达到二次利用的目的。
权利要求书
1.一种治理河道污泥重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：将含重金属的污泥中加入吸附剂小球震荡2-6h，离心，得到处理后的产物;
所述吸附剂小球的制备，步骤包括：
(1)将花生壳和玉米秸秆粉碎混合，用河道水浸泡，封口震荡30d;过滤，烘干，磨碎，得混合残渣;
(2)将步骤(1)得到的所述混合残渣置于容量瓶内，加入适量盐酸，以使得盐酸与混合残渣达到充分混合，封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的混合残渣进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性混合残渣;
将粘土矿物置于容量瓶内，加入适量盐酸封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的粘土矿物进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性粘土矿物;
将粉煤灰置于容量瓶内，加入适量盐酸封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的粉煤灰进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性粉煤灰;
(3)将步骤(2)得到的所述改性混合残渣、改性粘土矿物、改性粉煤灰与交联剂混合，烘干，制得吸附剂小球。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：将腐殖液加入含重金属的污泥中混合震荡1-3d后，加入吸附剂小球震荡2-6h，离心，得到处理后的产物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中花生壳与玉米秸秆的质量比为1：1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中磺化改性处理的工艺为：取3ml氯磺酸恒压滴入到5ml的氯仿中，再向其中加入1g处理的粘土矿物、粉煤灰或残渣，在恒磁力搅拌器上搅拌2h，温度为30℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中交联剂为环氧氯丙烷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附剂小球粒径为1.0-1.5mm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属为镉、铜、铬和铅。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述改性混合残渣、改性粘土矿物、改性粉煤灰与交联剂的重量份数为：粘土矿物10-25重量份、粉煤灰15-40重量份、残渣15-25重量份、交联剂5-30重量份。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐殖液和含重金属的污泥的比例为10ml：(1-2)g。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附剂小球和含重金属的污泥的比例为1g：(1-10)g。
说明书
一种治理河道污泥重金属的方法
技术领域
本发明属于环境保护中的河道污染治理领域，涉及一种治理河道污泥重金属的方法。
背景技术
目前随着经济的快速发展和人口的逐年增长，城市河道污染也在逐步加剧。其中，重金属因具有不能被生物降解且易被生物累积的特性，最终影响到“食物链”的顶级生物或者人类。因此有效的分离出底泥中的重金属并对其进行固定或稳定成为底泥大量再利用的关键问题。
现今对底泥中重金属的去除或固定大多采用水泥-粉煤灰稳定固定底泥中重金属，是一种被广泛应用的重要的方法，但水泥等固化剂的固定导致污泥不流动，无法发挥污泥作用，且不易移出;或采用疏浚等方法将污泥抽滤出去，此方法工程量大，耗资大且易破坏河床;还有直接向河道撒入大量化学药品，但稳定时间短，成本高，带来的潜在二次污染大;或使用生物法，培养植物或者微生物来治理河道污泥重金属，但植物或微生物对生长环境要求严苛，不易调节生长曲线，所以寻求一种适合处理河道污泥重金属的方法至关重要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种治理河道污泥重金属的方法。该方法避免河道污泥中重金属对环境的二次污染，且该方法对重金属的去除率高，材料环境友好，工程量小，费用低，实现固废的循环利用，还可抑制河道的黑臭水体产生，且吸附剂小球可达到二次利用的目的。
本发明提供一种治理河道污泥重金属的方法，包括以下步骤：将含重金属的污泥中加入吸附剂小球震荡2-6h，离心，得到处理后的产物;
所述吸附剂小球的制备，步骤包括：
(1)将花生壳和玉米秸秆粉碎混合，用河道水浸泡，封口震荡30d;过滤，烘干，磨碎，得混合残渣;
(2)将步骤(1)得到的所述混合残渣置于容量瓶内，加入适量盐酸，以使得盐酸与混合残渣达到充分混合，封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的混合残渣进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性混合残渣;
将粘土矿物置于容量瓶内，加入适量盐酸封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的粘土矿物进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性粘土矿物;
将粉煤灰置于容量瓶内，加入适量盐酸封口震荡30min，离心烘干，磨碎;将经处理的粉煤灰进行磺化改性处理，去除滤液，水洗三次，得改性粉煤灰;
(3)将步骤(2)得到的所述改性混合残渣、改性粘土矿物、改性粉煤灰与交联剂混合，烘干，制得吸附剂小球。
进一步的，包括以下步骤：将腐殖液加入含重金属的污泥中混合震荡1-3d后，加入吸附剂小球震荡2-6h，离心，得到处理后的产物。
进一步的，所述步骤(1)中花生壳与玉米秸秆的质量比为1：1。
进一步的，所述步骤(2)中磺化改性处理的工艺为：取3ml氯磺酸恒压滴入到5ml的氯仿中，再向其中加入1g处理的粘土矿物、粉煤灰或残渣，在恒磁力搅拌器上搅拌2h，温度为30℃。
进一步的，所述步骤(3)中交联剂为环氧氯丙烷。
进一步的，所述吸附剂小球粒径为1.0-1.5mm。
进一步的，所述重金属为镉、铜、铬和铅。
进一步的，所述步骤(3)中所述改性混合残渣、改性粘土矿物、改性粉煤灰与交联剂的重量份数为：粘土矿物10-25重量份、粉煤灰15-40重量份、残渣15-25重量份、交联剂5-30重量份。
进一步的，所述腐殖液和含重金属的污泥的比例为10ml：(1-2)g。
进一步的，所述吸附剂小球和含重金属的污泥的比例为1g：(1-10)g。
有益效果：
本发明采用腐殖酸浸泡河道污染污泥一定时间，可使污泥中重金属通过静电作用、络合作用和离子交换作用从有机质中提取出来，同时，腐殖酸内的醌类基团可降解污泥中的有机质，降低厌氧反应所带来的黑臭水问题;本发明强化、协同作用的再加入吸附剂小球，将腐殖酸提取出来的重金属及河道污泥中剩余的部分重金属通过络合形式吸附出来，提高了传统方法提取河道污泥中重金属的能力，还可有效降低有机污染物与污泥的吸附。从吸附剂小球对水溶液中重金属吸附的可看出，此吸附剂小球适合多种重金属的吸附。该方法采用的材料环保无公害，不易造成二次污染，且方法简单，工程量小，成本低。其中吸附剂小球中的发酵后残渣固体提高了吸附小球的比表面积，在减少粘土矿物和粉煤灰量的基础上使效果提升，且实现了固废的再利用。
经传统方法处理后的污泥易不流动，无法发挥污泥作用，且不易移出，本发明制得的吸附剂小球不仅提高了重金属的吸附率，易流动，可在污染污泥增多时通过搅动使其达到二次利用目的，在污泥达到一定程度时易移出，移出后的污泥可以制作免烧砖用来护堤，也可直接用于护堤用土或树木种植用土直接就地使用。
具体实施方式
实施例1
一种联合处理河道污泥重金属的方法，包括以下步骤：
(1)将花生壳、秸秆按1：1比例混合，用河道水浸泡，温度为25℃，振荡速度为20r·min-1，封口震荡30d;过滤，烘干，磨碎，得混合残渣。
(2)取50g过100目筛后的粘土矿物与150ml 0.1mol/L的HCl置于500ml容量瓶内，以使得盐酸与混合残渣达到充分混合，封口震荡30min，离心烘干磨碎;取3ml氯磺酸恒压滴入到5ml的氯仿中，再向其中加入1g上述处理的粘土矿物，在恒磁力搅拌器上搅拌2h，温度为30℃，进行磺化改性处理;去除滤液，用去离子水洗三次，烘干，磨碎，得到改性粘土矿物;
取50g过100目筛后的粉煤灰与150ml 0.1mol/L的HCl置于500ml容量瓶内，封口震荡30min，离心烘干磨碎;取3ml氯磺酸恒压滴入到5ml的氯仿中，再向其中加入1g上述处理的粉煤灰，在恒磁力搅拌器上搅拌2h，温度为30℃，进行磺化改性处理;去除滤液，用去离子水洗三次，烘干，磨碎，得到改性粉煤灰;
取50g过100目筛后的混合残渣与150ml 0.1mol/L的HCl置于500ml容量瓶内，封口震荡30min，离心烘干磨碎;取3ml氯磺酸恒压滴入到5ml的氯仿中，再向其中加入1g上述处理的混合残渣，在恒磁力搅拌器上搅拌2h，温度为30℃，进行磺化改性处理;去除滤液，用去离子水洗三次，烘干，磨碎，得到改性混合残渣。
(4)称取重量百分比为15重量份的改性粘土矿物，60重量份的改性粉煤灰，15重量份的改性残渣，10重量份的交联剂利用球磨仪充分混合，制得河道污泥重金属吸附剂小球;
(5)取1g吸附剂小球，分别加入到10ml 100mg/L的Cd、Cu、Cr、Pb污染溶液中，100r·min-1转速震荡2h，过滤，测吸附后污染溶液重金属浓度，得出Cd、Cu、Cr、Pb的去除率依次为77.3%、66.5%、66.5%、70.7%。
上述污染溶液的配置为：采用河道水配置镉Cd、铜Cu、铬Cr、铅Pb污染溶液。
本申请步骤(1)中采用河道水浸泡是重要的，河道水内含各类微生物，采用河道来发酵不仅可使花生壳及玉米秸秆发酵的比水发酵更充分，且更适合河道环境。
实施例2
称取重量百分比为20重量份的改性粘土矿物，50重量份的改性粉煤灰，20重量份的改性残渣，10重量份的交联剂利用球磨仪充分混合，制得河道污泥重金属吸附剂小球;
取1g吸附剂小球，分别加入到10ml 100mg/L的Cd、Cu、Cr、Pb污染溶液中，100r·min-1转速震荡2h，过滤，测吸附后污染溶液重金属浓度，得出Cd、Cu、Cr、Pb的去除率依次为88.6%、80.3%、60.1%、75.4%。
实施例3
称取重量百分比为25重量份的改性粘土矿物，40重量份的改性粉煤灰，25重量份的改性残渣，10重量份的交联剂利用球磨仪充分混合，制得河道污泥重金属吸附剂小球;
取1g吸附剂小球，分别加入到10ml 100mg/L的Cd、Cu、Cr、Pb污染溶液中，100r·min-1转速震荡2h，过滤，测吸附后污染溶液重金属浓度，得出Cd、Cu、Cr、Pb的去除率依次为92.1%、86.7%、90.5%、88.9%。
实施例4
吸附剂小球的制备同实施例3;
取1g污染污泥加入1g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥中Cd、Cu、Cr、Pb吸附率依次为35.5%、30.5%、29.7%、30.8%。
上述污染污泥的制备为：采用河道水配置镉Cd、铜Cu、铬Cr、铅Pb污染溶液，喷洒在河道污泥中，搅拌均匀，定期加入河道水，老化三个月，最终污泥中镉Cd、铜Cu、铬Cr、铅Pb浓度分别为54.9mg·kg-1、35.6mg·kg-1、66.4mg·kg-1、23.1mg·kg-1。
测定吸附剂小球对重金属的吸附率时，将三相离心分离，其中从上到下依次为水溶液、吸附剂小球及污泥，测定污泥重金属的可交换态。
实施例5
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡1d后，加入1g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥中Cd、Cu、Cr、Pb吸附率依次为42.5%、34.5%、35.7%、45.8%。
实施例6
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合，污泥重金属震荡2d后，加入1g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为48.7%、38.5%、41.6%、47.9%。
实施例7
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡3d后，加入1g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为49.1%、38.6%、43.7%、46.1%。
实施例8
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡2d后，加入1g的吸附剂小球震荡2h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为37.4%、34.6%、32.7%、33.3%。
实施例9
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡2d后，加入1g的吸附剂小球震荡4h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为42.5%、36.5%、35.7%、45.8%。
实施例10
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡3d后，加入0.5g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为48.1%、38.4%、42.7%、44.5%。
实施例11
吸附剂小球的制备同实施例3;
取10ml腐殖液与1g污染污泥混合震荡3d后，加入0.1g的吸附剂小球震荡6h，离心分离吸附剂小球与溶液，烘干，测定污泥的吸附率为43.6%、34.6%、40.1%、38.3%。
从效果及经济方面考虑，最终吸附剂小球选择25重量份的改性粘土矿物，40重量份的改性粉煤灰，25重量份的改性残渣，10重量份的交联剂;河道污泥重金属吸附剂小球1g污染污泥与10ml腐殖液混合震荡3d，0.5g的吸附剂小球震荡6h的条件处理含重金属的污泥最优。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。