一種用于污泥處理的重金屬穩(wěn)定劑及采用該重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其中各組分重量配比如下：無機粉料30～90份，硫化物O．1-20份，有機螯合物0．1～20份，酰胺類化學物O．1～20份，有機絮凝劑O．1～20份，本發(fā)明用于處理污泥，特別適合含量低或多種重金屬同時存在的污泥，經(jīng)重金屬穩(wěn)定劑固化穩(wěn)定化后污泥中重金屬的浸出液重金屬含量遠遠低于國家標準，穩(wěn)定處理后的污泥可就地填埋或應用于路基、綠化、覆土、生態(tài)修復等，有效解決重金屬污泥處置難的問題，不對環(huán)境造成二次污染，是一種高效、合理、環(huán)保、經(jīng)濟的處理工藝，廣泛應用于污泥處理處置中。本發(fā)明原料廉價易得，具有工藝、設備簡單，投資小，易于操作等特點，具有高的經(jīng)濟效益。另外，本發(fā)明還提供一種采用上述重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法。
【專利說明】一種用于污泥處理的重金屬穩(wěn)定劑及采用該重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護領域，尤其涉及一種污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑及采用該重金屬穩(wěn)定劑處理污泥中重金屬的方法。
【【背景技術】】
[0002]污水處理廠在污水處理過程中產生的污泥中含有大量重金屬，如果處理不當，污泥中的重金屬污染物會進入土壤，在環(huán)境中遷移或擴散，危害人類及其他生物安全。
[0003]目前處置污泥中的重金屬的方法有分離方法和固化方法。分離方法主要有采用化學分離法、生物浙濾法、植物修復法或生物吸附法將重金屬污染物從污泥中析出，使其與污泥分離，達到消除污染的目的，分離方法成本高，難以大規(guī)模使用。固化方法是通過物理、化學或者生物的方式將污泥中的重金屬進行固化穩(wěn)定化，添加固化劑與污泥中，使其變?yōu)椴豢闪鲃有曰蛘咝纬晒腆w的過程，降低其環(huán)境活性來減輕污染。
[0004]傳統(tǒng)的重金屬固化處理主要采用土壤固化法、玻璃化、淋濾法、洗土法、電化學法等物理化學方法，其中固化法將重金屬固定在污泥中，通過物理、化學或者生物的方式將污泥中的重金屬進行穩(wěn)定化固化處理，添加助劑于污泥中，使其變?yōu)椴豢闪鲃踊蛘咝纬晒腆w，從而降低其對環(huán)境帶來的污染，目前采用的固化方法主要包括水泥固化、石灰固化、熱塑性固化、熔融固化、自膠結固化等。常用的固化劑有水泥、浙青、玻璃、水玻璃等。這些方法的缺點在于經(jīng)過固化處理后的 污泥不能作為土壤使用，破壞了污泥的結構、透水性、透氣性等土壤的基本性能，是污泥硬化板結，并且增加了其他固化物，使污泥體積增大。
[0005]目前以上各種處置重金屬方法存在以下缺點:采用的分離方法如生物法、電化學方法等，原料昂貴，設備復雜，成本高，難以大規(guī)模使用，而且運用的物理化學、電化學方法對重金屬污染土壤的修復過程往往又會造成對土壤的再次污染；采用的固化方法的材料來源單一，大多為膠凝材料水泥、浙青、玻璃、水玻璃等等，使污泥堿性增強，硬化板結，破壞土壤生態(tài)環(huán)境、導致土壤結構喪失，土壤生物活性下降和土壤肥力退化，不利于植物生長，經(jīng)常需要二次再處理，工藝復雜；此外傳統(tǒng)的水泥、浙青等固化基質的高滲透性、高空隙對部分重金屬如鉛、汞、鉻等固化效果差。
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【發(fā)明內容】
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[0006]為解決現(xiàn)有固化法處理污泥中重金屬時存在的缺點，本發(fā)明提供一種用于污泥處理的重金屬穩(wěn)定劑及采用該重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法。
[0007]本發(fā)明的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其各組分重量配比如下:無機粉料30~90份；硫化物0.1~20份；有機螯合物0.1, —20份；酰胺類化合物0.1~20份；有機絮凝劑0.1~20份。
[0008]優(yōu)選的，所述無機粉料為羥基磷灰石、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、磷酸巖礦石、氧化鈣粉體、氫氧化鈣粉體、CaO2中的一種或組合。[0009]優(yōu)選的，所述硫化物為硫化鉀、硫化鈉、硫化銨、硫化鈣、硫代硫酸鈉、硫氫化鈉、硫
氫化鉀、Na2S4中的一種或組合。
[0010]優(yōu)選的，所述有機螯合物為7，-胺四乙酸及其鈉鹽、亞乙基二胺四乙酸及其鈉鹽、
二亞乙基二胺五乙酸及其鈉鹽中的一種或其組合。
[0011]優(yōu)選的，所述酰胺類化合物為丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺中的一種或其組合。
[0012]優(yōu)選的，所述有機絮凝劑為高分子聚丙烯酰胺絮凝劑、高分子聚羧酸絮凝劑、聚丙烯酰胺改性絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑的一種或其組合。
[0013]一種采用重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法，其特征在于:包括以下步驟:(I)按設定比例稱取無機粉料、硫化物、有機螯合物、酰胺類化合物后，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑。(2)稱取相對于污泥總重量0.01~10%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻。(3)將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0014]本發(fā)明重金屬穩(wěn)定劑處理污泥中重金屬，能控制污泥中重金屬的氧化/還原電勢，生成穩(wěn)定的常態(tài)下不會析出的金屬化學物，如硫化物沉淀、氫氧化物沉淀、氧化物沉淀、無機絡合物、有機絡合物及共沉淀物等。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的重金屬穩(wěn)定劑來源廣泛，成本低，易于大規(guī)模生產，具有工藝、設備簡單，投資小，易于操作等特點，具有高的經(jīng)濟效益；采用本發(fā)明的固化穩(wěn)定劑處理后的污泥酸堿性適中，可就地填埋或應用于路基、綠化、覆土、生態(tài)修復等，有效解決重金屬污泥處置難的問題，不對環(huán)境造成二次污染，是一種高效、合理、環(huán)保、經(jīng)濟的污泥中重金屬的處理工藝，廣泛應用于污泥處理處置中；固化穩(wěn)定化后污泥中重金屬的浸出液重金屬含量遠遠低于國家土地利用的標準。
【【具體實施方式】】
[0015]本發(fā)明的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑中各組分及重量配比如下:無機粉料30~90份；硫化物0.1~20份:有機螯合物0.1~20份；酰胺類化學物0.1, —20份；有機絮凝劑0.1~20份。
[0016]其中，所述無機粉料為羥基磷灰石、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、磷酸鹽礦石、氧化鈣粉體、氫氧化鈣粉體中的一種或組合，無機粉料是一種鈍化劑，可有效地降低污泥中重金屬有效態(tài)的含量。
[0017]羥基磷灰石能有效增加沉積物吸附性能和吸附親和力:①羥基磷灰石可通過溶解作用釋放出pon3_，而PO廣等陰離子電性的增加導致對重金屬陽離子的吸附加大；?重金屬陽離子和Η2Ρ04_吸附進行共沉淀反應而成為新的陰離子；③重金屬陽離子與磷灰石礦質表面基團形成絡合物；④重金屬陽離子與羥基磷灰石中的Ca2+進行離子交換而吸附在羥基磷灰石表面，生成的溶解性很小的Pbltj(PO4)6(OH)2,因此吸附于羥基磷灰石中的Pb2+不易解吸，穩(wěn)定效果較好。
[0018]CaO, CaO2化合物都是堿性化合物，它們與水反應產生0H—離子，使底泥pH上升，在較低石灰水平下，污泥中有機質的主要官能團羥基以及羧基和粘土礦物表面羥基均與0H_反應，使底泥表面可變電荷增加，從而降低了底泥重金屬的專性吸附比例。在這一過程中，OH與CO2,反應生成CO廣，而碳酸根可與重金屬離子生成難溶的碳酸鹽，另一方面石灰在底泥中可將重金屬離子水解生成氫氧化物，增強了對金屬穩(wěn)定化作用。[0019]膨潤土中的主要成分蒙脫石具有獨特的晶體結構，使其對重金屬離子擁有良好的交換性和選擇吸附性?！?‘
[0020]磷酸鹽礦物表面可吸附重金屬，且磷酸鹽和重金屬生成礦物沉淀和磷酸鹽。
[0021 ] 其中，所述硫化物為硫化鉀、硫化鈉、硫化銨、硫化鈣、硫代硫酸鈉、硫氫化鈉、硫氫化鉀、Na2S4中的一種或組合。硫化物能夠與污泥、土壤等成分積極地固定和穩(wěn)定金屬類物質，并且將其包裹在污泥所具有的復合結晶結構中，從而加強固化穩(wěn)定的效果；硫酸鹽的存在能夠促進重金屬向穩(wěn)定的硫化物形態(tài)轉變；Na2S則能與重金屬離子反應生成難溶的硫化物；重金屬離子在硫酸鐵氧化物表面的吸附率隨PH值的升高而增大，硫酸鐵氧化物對重金屬具有較強的專屬化學吸附作用，某些帶相反電荷的重金屬污染物可以與其共沉淀于鐵氧化物的表面上，通過螯合反應與S2-生成難溶鹽可以起到固定作用。
[0022]其中，所述有機螯合物為乙二胺四乙酸及其鈉鹽、亞乙基二胺四乙酸及其鈉鹽、二亞乙基二胺五乙酸及其鈉鹽中的一種或其組合。有機螯合物對重金屬具有很強的螯合作用，從而防止金屬離子遷徙。
[0023]其中，所述酰胺類化合物為丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺的一種或其組合。酰胺類化合物主要是與污泥中所含的銅離子、鈣離子與鈷離子作用，酰胺化學物的加入起到明顯的抑制銅離子的離子化反應，降低了銅離子、鈣離子與鈷離子對二惡英的催化作用。
[0024]其中，所述有機絮凝劑為高分子聚丙烯酰胺絮凝劑、高分子聚羧酸絮凝劑、聚丙烯酰胺改性絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑的一種或其組合。有機絮凝劑能與重金屬結合，形成以重金屬離子為中心離子，以有機質活性基團為配位體的結合或是硫離子與重金屬生成難溶于水的有機結合態(tài)，起到固定重金屬的作用。
[0025]采用本發(fā)明的重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0026](I)按設定比例稱取無機粉料、硫化物、有機`螯合物、酰胺類聚合物后，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑。
[0027](2)稱取相對于污泥總重量0.01-10%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻。
[0028](3)將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0029]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述。在以下實施例中根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，按樣品的酸堿度和緩沖量不同采用不同的重金屬浸出方法測量處理后的污泥中重金屬的含量，該數(shù)值越小，說明重金屬越不易浸出，其中，重金屬含量用m妙L表不。具體的測量方法為:當樣品pH小于5時,加入試劑I (將5.7mL冰醋酸加入到500mL蒸懼水中，再加入64.3mLlmol / L的NaOH溶液,用蒸懼水定容至IL制得pH為4.93±0.05);當樣品pH大于5時，加入試劑2(將5.7mL冰醋酸用蒸餾水定容至IL制得pH為2.88±0.05)。緩沖液的pH用Imol / LHNO3溶液和Imol / LNaOH溶液來調節(jié)，緩沖液和樣品的質量比為20:1?；旌弦阂?30±2)r / min于常溫下振蕩(18±2)h，離心、過濾，再用lmol / L的HNO3溶液調節(jié)浸出液pH約至2，以便長期保存。
[0030]本發(fā)明的污泥取自于廣東省某污水廠污泥，經(jīng)自然風干3天后，含水量為49.6%。
[0031]實施例1
[0032]稱取羥基磷灰石30份、膨潤土 30份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉5份、乙二胺四乙酸鈉0.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑0.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0033]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液中的重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0034]實施例2
[0035]稱取羥基磷灰石60份、過氧化鈣5份、氧化鈣12份、氫氧化鈣14份、硫化鈣5份、乙二胺四乙酸鈉1.5份、碳酰二胺1.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑1.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0036]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液中的重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0037]實施例3
[0038]稱取磷酸巖礦石30份、膨潤土 26份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉5份、乙二胺四乙酸鈉2.5份、碳酰胺1.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑1.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0039]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液中的重金 屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0040]實施例4
[0041]稱取羥基磷灰石26份、膨潤土 30份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉5份、乙二胺四乙酸鈉1.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酸絮凝劑3.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0042]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液中的重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0043]實施例5
[0044]稱取羥基磷灰石30份、膨潤土 25份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉5份、硫代硫酸鈉2份、乙二胺四乙酸鈉1.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑1.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0045]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定液重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0046]實施例6
[0047]稱取羥基磷灰石30份、膨潤土 30份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉4.5份、乙二胺四乙酸鈉0.5份、碳酰胺0.8份、聚丙烯酰胺改性絮凝劑1.2份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。[0048]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0049]實施例7
[0050]稱取羥基磷灰石30份、膨潤土 30份、氧化鈣20份、氫氧化鈣14份、硫化鈉4.5份、乙二胺四乙酸鈉0.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑0.8份，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0051 ] 在攪拌器中，將污泥重量5 %的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑添加污泥中，攪拌均勻后于室溫下進行養(yǎng)護。2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0052]實施例8
[0053]稱取氧化鈣50份、氫氧化鈣35份、硫化鈉5份、硫代硫酸鈉5份、乙二胺四乙酸鈉
0.5份、碳酰胺0.7份、聚丙烯酰胺絮凝劑0.8份后，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑；稱取相對于污泥總重量5%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻；將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
[0054]2天后根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度計測定浸出液重金屬含量，在表1中列出了測試結果。
[0055]表1
[0056]
【權利要求】
1.污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述組合物中各組分重量配比如下: 無機粉料30~90份 硫化物0.1~20份 有機螯合物0.1~20份。 酰胺類化學物0.1~20份 有機絮凝劑0.1~20份
2.如權利要求1所述的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述無機粉料為羥基磷灰石、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、磷酸巖礦石、氧化鈣粉體、氫氧化鈣粉體、CaO2中的一種或組合。
3.如權利要求1所述的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述硫化物為硫化鉀、硫化納、硫化按、硫化韓、硫代硫Ife納、硫氣化納、硫氣化鐘、Na2S4中的一種或組合。
4.如權利要求1所述的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述有機螯合物為L-胺四乙酸及其鈉鹽、亞乙基二胺四乙酸及其鈉鹽、二亞乙基二胺五乙酸及其鈉鹽中的一種或其組合。
5.如權利要求1所述的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述酰胺類化合物為丙烯酰胺、碳酰胺、碳酰二胺、氨基甲酰胺中的一種或其組合。
6.如權利要求1所述的污泥處理用重金屬穩(wěn)定劑，其特征在于:所述有機絮凝劑為高分子聚丙烯酰胺絮凝劑、高分子聚羧酸絮凝劑、聚丙烯酰胺改性絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑的一種`或其組合。
7.一種采用權利要求1.6任一權利要求中的重金屬穩(wěn)定劑處理污泥的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)按設定比例稱取無機粉料、硫化物、有機螯合物、酰胺類化合物、有機絮凝劑后，將其置于攪拌器中攪拌至混合均勻，得到重金屬穩(wěn)定劑。 (2)稱取相對于污泥總重量0.01~10%的重金屬穩(wěn)定劑并將其全部添加到污泥中后，置于攪拌器中攪拌至混合均勻。 (3)將污泥攤開，自然晾曬養(yǎng)護。
【文檔編號】C02F11/00GK103787558SQ201210430566
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月1日 優(yōu)先權日:2012年11月1日
【發(fā)明者】劉方, 徐麗華, 張鈺, 何唯平 申請人:深圳市海川實業(yè)股份有限公司, 深圳海川新材料科技有限公司, 河源海川科技有限公司, 深圳海川環(huán)境科技有限公司