申請日2016.05.31

　　公開(公告)日2016.08.24

　　IPC分類號C02F11/00; C02F101/20

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種利用電化學方法去除和回收污泥中重金屬的方法。本發(fā)明首先調(diào)節(jié)污泥含水率至90%，進行攪拌;再選擇性添加化學藥劑，攪拌預處理;然后，組裝電解裝置，攪拌電解;最后回收重金屬。本發(fā)明將污泥直接放在陽極區(qū)，利用陽極電解水產(chǎn)生的H+來直接酸化污泥，而不用額外添加酸，減少了二次污染，提高了重金屬的去除率。此外，污泥直接放在陽極區(qū)，電極能與污泥充分接觸，充分利用電流效率，電解效率高。同時也很好地利用了陰陽極電化學反應的作用，增加了污泥與電解液之間的膜交換面積，減少了離子遷移距離，重金屬去除率高，電能利用率高，改善了重金屬回收的問題，可以達到降低污染和資源回收的雙重目的，兼具環(huán)境價值及經(jīng)濟效益。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

　　步驟一.調(diào)節(jié)污泥含水率至90%，攪拌;

　　取適量城市污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調(diào)節(jié)至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min，使污泥和水均勻混合;

　　步驟二.組裝電解裝置;

　　用電滲析陽離子膜將陰、陽極區(qū)域隔開，將步驟一中預處理后的污泥倒入電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)為0.05mol/L的Nacl溶液;將攪拌器和陽極板安裝在陽極區(qū)中心位置，接好電源;Nacl溶液與脫水污泥的體積比為1:2;

　　步驟三.攪拌電解;

　　按步驟二安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉(zhuǎn)速攪拌，打開電源開關(guān)，控制電流密度為15mA/Cm2，持續(xù)攪拌電解120h;在電解和攪拌的作用下，陽極區(qū)電解水產(chǎn)生H+來酸化污泥，使污泥內(nèi)的不可溶重金屬緩慢溶出，在有螯合或絡(luò)合劑的情況下發(fā)生螯合或絡(luò)合作用，溶解出的重金屬離子在外加電流的作用下由陽極區(qū)穿過陽離子膜到達陰極區(qū)，并與陰極電解水產(chǎn)生的OH+結(jié)合形成沉淀沉積下來;

　　步驟五.回收污泥中重金屬;

　　電解結(jié)束后，過濾電解裝置陰極區(qū)溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀;再根據(jù)沉淀中重金屬的種類采用不同的方法回收重金屬;陰極區(qū)過濾后的Nacl溶液可循環(huán)利用。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于：步驟一中，在污泥和水均勻混合后添加化學藥劑絡(luò)合劑氨水，其中純氨水體積添加比V氨水/V污泥為0.12，并用增力電動攪拌機以100r/min轉(zhuǎn)速緩慢攪拌24h，進行預處理。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法，其特征在于：步驟一中，在污泥和水均勻混合后添加螯合劑純乙二胺，其中純乙二胺的體積添加比V乙二胺/V污泥為0.06;并用增力電動攪拌機以100r/min轉(zhuǎn)速緩慢攪拌24h，進行預處理。

　　說明書

　　一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用電解法去除和回收污泥中重金屬的方法。

　　背景技術(shù)

　　資料表明，我國城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中Zn含量可達783.4-3096.3mg/kg(干重)，Cu可達131.2-394.5mg/kg(干重)，此外還含有其它一些重金屬，如Cd、Cr、Hg、Ni、Pb等，這些重金屬的存在不僅嚴重影響污泥的后續(xù)安全處置，也造成了金屬資源的極大浪費。以Zn為例，按2010年城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量3000萬噸(80%含水率)，Zn含量按1500mg/kg(干重)計，則其中的Zn含量就達9000噸，按上海期貨交易所Zn近期報價15000元/噸計，經(jīng)濟價值達1.35億元。根據(jù)中國污泥處理處置市場分析報告(2013版)分析，到2015年，全年城鎮(zhèn)污水處理廠濕污泥(含水率80%)產(chǎn)生量將為3359萬噸，即日產(chǎn)污泥9.2萬噸。由此可以看出，如果不對該部分重金屬加以處理或回收利用，不僅嚴重影響著污泥農(nóng)用堆肥、焚燒、填埋等后續(xù)處置方法的應用，還會造成極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

　　目前，對污泥中重金屬的處置還停留在“無害化”階段，主要采用化學法、生物瀝濾浸出及電化學法等實現(xiàn)污泥中重金屬的去除�；瘜W法主要通過添加藥劑，改變污泥酸堿性對金屬進行溶出，然后與重金屬發(fā)生沉淀、絡(luò)合等化學反應實現(xiàn)重金屬的沉淀分離，但是成本高，工藝繁瑣，所得沉淀分離困難，且較易產(chǎn)生二次污染。生物瀝濾是在酸性條件下將污泥中的重金屬轉(zhuǎn)移到液相中，然后固液分離得到清潔的污泥，是目前效果較好的處理方式，但是耗時很長，一般需要8-10天，且工藝條件要求嚴格，重金屬的存在也會對瀝濾微生物產(chǎn)生毒害作用。電化學法最早用于土壤修復，通過外加電壓使可溶性金屬離子遷移富集，然后通過電沉積或離子交換等手段得到去除。由于電化學方法操作簡單，運行穩(wěn)定，不容易造成二次污染等諸多優(yōu)勢而備受關(guān)注，但傳統(tǒng)的電化學處理裝置要么將廢棄物放置于陰陽級之間，在陰極室與陽極室內(nèi)均加入電解液，無法充分利用電流效率;要么將廢棄物放置于陽極，但電極與污泥接觸不充分，導致電解效率低下。因此改進電化學處理方法是電化學法去除并回收廢棄物中重金屬的關(guān)鍵。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用電化學方法去除和回收污泥中重金屬的新方法。

　　為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案步驟如下：

　　步驟一.調(diào)節(jié)污泥含水率至90%，攪拌;

　　取適量城市污水處理廠脫水污泥置于容器中，按計算比例加入超純水，將污泥含水率調(diào)節(jié)至90%，并用增力電動攪拌機以250r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min，使污泥和水均勻混合;

　　步驟二.選擇性添加螯合劑或絡(luò)合劑，攪拌預處理;

　　在步驟一處理后的污泥中選擇性添加化學藥劑螯合劑氨水或絡(luò)合劑乙二胺，其中分析純氨水體積添加比V氨水/V污泥為0.12，分析純乙二胺的體積添加比V乙二胺/V污泥為0.06。并用增力電動攪拌機以100r/min轉(zhuǎn)速緩慢攪拌24h，進行預處理。添加藥劑的目的是利用絡(luò)合或螯合作用提升污泥中重金屬的去除回收效率，也可不添加任何藥劑，直接進入第三步;

　　步驟三.組裝電解裝置;

　　用電滲析陽離子膜將陰、陽極區(qū)域隔開，將步驟二中預處理后的污泥倒入電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)為0.05mol/L的Nacl溶液。將攪拌器和陽極板安裝在陽極區(qū)中心位置，接好電源;Nacl溶液與脫水污泥的體積比為1:2;

　　步驟四.攪拌電解;

　　按步驟三安裝好電解裝置后，用增力電動攪拌機以200r/min轉(zhuǎn)速攪拌，打開電源開關(guān)，控制電流密度為15mA/Cm2，持續(xù)攪拌電解120h。在電解和攪拌的作用下，陽極區(qū)電解水產(chǎn)生H+來酸化污泥，使污泥內(nèi)的不可溶重金屬緩慢溶出，在有螯合或絡(luò)合劑的情況下發(fā)生螯合或絡(luò)合作用，溶解出的重金屬離子在外加電流的作用下由陽極區(qū)穿過陽離子膜到達陰極區(qū)，并與陰極電解水產(chǎn)生的OH+結(jié)合形成沉淀沉積下來;

　　步驟五.回收污泥中重金屬;

　　電解結(jié)束后，過濾電解裝置陰極區(qū)溶液，得到重金屬氫氧化物沉淀。再根據(jù)沉淀中重金屬的種類采用不同的方法回收重金屬。陰極區(qū)過濾后的Nacl溶液可循環(huán)利用。

　　本發(fā)明所具有的有益效果：

　　本發(fā)明將污泥直接放在陽極區(qū)，利用陽極電解水產(chǎn)生的H+來直接酸化污泥，而不用額外添加酸，減少了二次污染，提高了重金屬的去除率。此外，污泥直接放在陽極區(qū)，電極能與污泥充分接觸，充分利用電流效率，電解效率高。同時也很好地利用了陰陽極電化學反應的作用，增加了污泥與電解液之間的膜交換面積，減少了離子遷移距離，重金屬去除率高，電能利用率高，改善了重金屬回收的問題，可以達到降低污染和資源回收的雙重目的，兼具環(huán)境價值及經(jīng)濟效益。同時該方法可動態(tài)循環(huán)持續(xù)進行，電解時間亦能根據(jù)去除需求進行縮減或延長，能滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中的實際需求。