申请日2018.07.24
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F11/00; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种污泥重金属固化剂及其制备方法和用途，涉及重金属处理领域，解决了现有技术中经固化处理后的污泥不能作为土壤的问题，该固化剂包括如下重量组分：活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸，该固化剂能吸附重金属、且对重金属离子有较强的吸附性、能够对污泥进行杀毒灭菌、不会造成二次污染、环保的优点。
权利要求书
1.一种污泥重金属固化剂，其特征在于，该固化剂中包括如下重量组分：炭吸附剂20～50wt%、无机吸附剂20～40wt%、pH调节剂5～10wt%、壳聚糖10～20wt%和溶解性有机质5～10wt%;
所述炭吸附剂包括活性炭、草木灰、炉灰和木炭中的至少两种;
所述无机吸附剂包括沸石、硅藻土、分子筛和高岭土中的至少两种;
所述溶解性有机质包括腐植酸、富里酸和胡敏素中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种污泥重金属固化剂，其特征在于所述炭吸附剂包括活性炭和草木灰，所述固化剂中包括10～30wt%的活性炭和10～20wt%草木灰。
3.根据权利要求1所述的一种污泥重金属固化剂，其特征在于所述无机吸附剂包括沸石和硅藻土，所述固化剂中包括10～20wt%的沸石和10～20wt%的硅藻土。
4.根据权利要求1所述的一种污泥重金属固化剂，其特征在于所述pH调节剂为柠檬酸，所述固化剂中柠檬酸的重量为5～10wt%。
5.根据权利要求1所述的一种污泥重金属固化剂，其特征在于所述溶解性有机质包括腐植酸，所述固化剂中腐植酸为5～10wt%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种污泥重金属固化剂，其特征在于，固化剂包括如下重量组分：活性炭12～28wt%、草木灰12～18wt%、沸石11～18wt%、硅藻土11～18wt%、壳聚糖12～18wt%、腐植酸5～10wt%和柠檬酸5～10wt%。
7.根据权利要求1～6任一项所述的污泥重金属固化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
S1，按设定的比例称取活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸;
S2，将称取好的活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸粉碎，过50～90目的筛目，混合均匀，得到固化剂。
8.根据权利要求1～7所述的污泥重金属固化剂的使用方法，其特征在于所述固化剂的使用方法如下:
步骤一，对污泥进采样分析，检测并测定污泥中重金属种类和含量;
步骤二，按占污泥1～5wt%的重量往污泥中添加固化剂，搅拌均匀;
步骤三，将步骤二中搅拌均匀的污泥进行稳定化、无害化处理1-10天，使处理后的污泥符合污泥土地利用要求。
9.根据权利要求8所述的污泥重金属固化剂的使用方法，其特征在于所述步骤二中污泥中的含水率为30～50wt%。
说明书
一种污泥重金属固化剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及重金属处理领域，尤其涉及一种污泥重金属固化剂及其制备方法和用途。
背景技术
随着人口的增长、工业的发展，需要处理的生活污水和工业废水在不断增加，经过处理而产生的污泥量也大大的增加。据有关部门的统计，目前我国每年产生的干污泥量约为500万吨，这些数量巨大的污泥如果没有得到妥善的科学处理处置，不仅会占用大面积的土地才能堆放，而且其中的有害成分重金属、病原物和有机污染物等，还会在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。其中重金属污染物因雨水带入江河污染水源等环境问题一直是环境学家所关心的焦点问题之一,污泥中的重金属会通过动、植物和地下水进入食物链，从而进入人体，使人体受到损害。
现有技术中，虽然在使用污泥土地利用时也进行了消化、堆肥、发酵等无害化处理，但是污泥中重金属污染物等大部分依旧留在污泥中，和污泥一起进入土壤中，在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。
一般处置污泥中的重金属包括以下几种方法：
A.分离法：采用化学方法、生物沥滤、植物修复等化学、物理或生物方法将重金属污染物从污泥中取出，使它与污泥分离，达到消除污染的目的。化学方法就是先用酸将污泥的酸度降低，通过溶解作用，然后用EDWTA等络合剂进行氯化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用等，将其中的重金属分离出来，使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子和金属络合物，达到与污泥分离的目的;生物沥滤是指在曝气供氧和添加硫酸亚铁或硫粒的条件下利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用使与固相处于吸附、化合状态的不溶性成分(重金属离子硫及其它金属)得以释放并转移到液相中的过程，然后通过固液分离将重金属与污泥分离;植物修复技术是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技术的总称，即将某种特定的对污染元素具有特殊吸收富集能力的植物种植在重金属污染的土壤上，将植物收获并妥善处理后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。
上述方法的缺点在于：重金属提取物和污泥的分离很困难，处理成本高，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。
B.将重金属固定在污泥中，该方法就是通过物理、化学或生物的方式将污泥中的重金属进行固化固定，添加固化剂于污泥中，使其变为不可流动性或形成固体的过程，通过降低其环境活性来减轻污染。传统的固定技术是使用大量水泥固化，在固化效果不理想时，还会加入有机聚合物、粉煤灰、石灰、粘土、脲甲醛、沥青及硅酸钠等其他物质。该方法的缺点在于：经固化处理后的污泥不能作为土壤了,因为采用这种固化的方法破坏了用于土壤的污泥的结构、透水、透气等基本性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥重金属固化剂及其制备方法和用途，该污泥重金属固化剂能吸附重金属、且对重金属离子有较强的吸附性、能够对污泥进行杀毒灭菌、环保、不会造成二次污染的优点，处理后的污泥可以为土壤。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种污泥重金属固化剂，固化剂中包括如下重量组分：炭吸附剂20～50wt%、无机吸附剂20～40wt%、pH调节剂5～10wt%、壳聚糖10～20wt%和溶解性有机质5～10wt%;
所述炭吸附剂包括活性炭、草木灰、炉灰和木炭中的至少两种;
所述无机吸附剂包括沸石、硅藻土、分子筛和高岭土中的至少两种;
所述溶解性有机质包括腐植酸、富里酸和胡敏素中的一种。
污泥重金属固化技术指运用物理或化学的方法将污泥中的有毒重金属固定起来，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低重金属的毒害程度的修复技术。固定化技术是将重金属封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的，固化产物方便进行运输。
固化剂包括20～50wt%的炭吸附剂，其中炭吸附剂包括活性炭、草木灰、炉灰和木炭中的至少两种，碳质吸附剂是以煤或有机物制成的高比表面的多孔含碳物质，具有良好的吸附性，所述固化剂中包括的活性炭为10～30wt%，草木灰为10～20wt%，优选所述固化剂中包括的活性炭为12～28wt%，草木灰为12～18wt%，碳质吸附剂中，运用最多的就是活性炭，活性炭本身具有特殊的孔隙结构，因此，可以高效地吸附重金属离子，在一定pH值吸附剂加入量和振荡时间下，活性炭、草木灰、炉灰和木炭吸附剂对Pb，Cd，Mn，Zn，Cr，Ni均有较好的吸附效果，其中活性炭对Pb，Ni和Cr的吸附率最大，可达到100%，94.42%和100%。草木灰是植物(草本和木本植物)燃烧后的残余物，主要成分是碳酸钾，草木灰肥料因草木灰为植物燃烧后的灰烬，因此凡植物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有，草木灰也是农村广泛存在的消毒剂原料，具有很强的杀灭病原菌及病毒的作用，草木灰消毒作用强、无任何副作用、无刺激性等特点，无二次污染，在固化重金属的同时能有效提高污泥肥效，一定程度上可以阻止土壤板结。
固化剂包括20～40wt%的无机吸附剂，无机吸附剂包括沸石、硅藻土、分子筛和高岭土中的至少两种，所述固化剂中包括10～20wt%的沸石和10～20wt%的硅藻土，优选沸石为11～18wt%、硅藻土为11～28wt%。沸石是一种孔径均匀、比表面积大、价格低廉的高效吸附材料，沸石矿物具有开矿的硅氧格架，在晶体内部形成很多孔径均匀的孔道和内表面很大的空穴，因而对重金属离子有很强的吸附性。硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，其主要成分是二氧化硅，还含有少量的金属氧化物，其具有孔隙度大、稳定性强、吸收性好等特点。高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具较弱的离子交换性质，高岭土具有强的耐酸性能。分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐，它的吸附能力高、选择性强。
溶解性有机质指能通过0.45um的滤膜,具有不同结构及分子量大小的有机物，主要来自植物凋落物、根系分泌物和微生物体的分解、渗滤、腐殖化等，其主要成分可以分为腐殖质类和非腐殖质类,腐殖质分为富里酸、胡敏酸和胡敏素等;溶解性有机质可以促进土壤对重金属的吸附,这在一定程度上将重金属固定在土壤中,降低对生态系统的威促进土壤对重金属的吸附,在一定程度上将重金属固定在土壤中,降低对生态系统的威胁。所述溶解性有机质包括腐植酸、富里酸和胡敏素，优选所述固化剂中腐植酸为5～10wt%，腐植酸、富里酸和胡敏素均能与水中的金属离子离合，有利于营养元素向作物传送，并能改良土壤结构，有利于农作物的生长。腐植酸与金属离子有交换、吸附、络合、螯合等作用;在分散体系中作为聚电解质、有凝聚、胶溶、分散等作用;腐植酸分子上还有一定数量的自由基，具有生理活性。
pH调节剂为柠檬酸，柠檬酸选择市面上销售的无水柠檬酸，所述固化剂中柠檬酸的重量为5～10wt%，柠檬酸能调节污泥的pH,易于吸附重金属，柠檬酸的酸性和阴离子的络合特性共同发挥作用使得柠檬酸能高效的去除重金属，同时柠檬酸易于生物降解，对环境污染较小。柠檬酸能去除污泥中镉、铅，最大去除率可达到91.5%和96.5%，也能去除污泥中的重金属镍、铜。
固化剂包括如10～20wt%的壳聚糖，优选为12～18wt%，壳聚糖是一种天然高分子材料，对许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和相邻的羟基能与许多金属离子(如Hg2+，Ni2+，Cu2+，Pb2+等)形成稳定的螯合物。
优选污泥重金属固化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
S1，按设定的比例称取活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸;
S2，将称取好的活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸粉碎，过50～90目的筛目，混合均匀，得到固化剂。
优选污泥重金属固化剂的使用方法，其特征在于所述固化剂的使用方法如下:
步骤一，对污泥进采样分析，检测并测定污泥中重金属种类和含量;
步骤二，按占污泥1～5wt%的重量往污泥中添加固化剂，搅拌均匀;
步骤三，将步骤二中搅拌均匀的污泥进行稳定化、无害化处理1-10天，使处理后的污泥符合污泥土地利用要求。
优选所述步骤二中污泥的含水率为30～50wt%。
将称取好的活性炭、草木灰、沸石、硅藻土、壳聚糖、腐植酸和柠檬酸先粉碎，然后过筛，最后再混合，一定程度上可提高混合的均匀性。在固化剂使用前相对污泥进行检测，可以直到污泥中具体的重金属种类和含量，方便统计或计算固化剂对重金属的处理效率，甚至可以对固化剂中的各组分的比例或固化剂的各组分进行调整，以便于更好的处理重金属。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
一、吸附重金属;
二、对污泥进行杀毒灭菌;
三、不会造成二次污染;
四、处理后的污泥可作为土壤使用。