電場淋濾重金屬裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于污泥酸淋洗與重金屬分離裝置，特別涉及一種電場淋濾裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 污泥為污水處理廠的副產(chǎn)物，市政污泥含有豐富的氮、磷、有機質等營養(yǎng)物質，污 泥的土地利用越來越受到重視，然而重金屬是限制其后續(xù)利用的主要原因之一。污泥中的 重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等，具有隱蔽性、長期性、不可逆轉性等特點， 易于通過食物鏈富集，如處理不當會對人體和動植物造成巨大傷害。
[0003]目前重金屬的治理方法主要分為穩(wěn)定化和去除兩大類。穩(wěn)定化技術是通過改變重 金屬的存在形態(tài)降低其活性和可利用性，然而此法中重金屬仍然存在于污泥之中，隨著時 間的推移和環(huán)境的變化，重金屬活性可能將發(fā)生改變，仍然有可能造成二次污染。去除法主 要有化學法、微生物法、植物修復法、電動修復法等。化學方法主要是向污泥中投加化學藥 劑如無機酸或有機酸等，降低污泥的pH值或提高氧化還原電位，將污泥中的重金屬由不溶 態(tài)向可溶態(tài)或絡合態(tài)轉化，經(jīng)淋洗后分離。微生物法是通過生物氧化作用將難溶的重金屬 從固相轉移到液相，從而去除。植物修復法是利用植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作 用來凈化轉移重金屬，具有綠色環(huán)保等優(yōu)點，成為近年來研究的熱點，但植物生長周期長， 修復緩慢，通常一種植物只能吸收一到兩種重金屬，且植物對土壤有一定的要求。電動修 復技術于20世紀80年代開始利用在土壤修復中，去除重金屬的效果好，能同時去除多種金 屬。主要原理是將電極插入污染物并通以電流，污染物發(fā)生化學反應，并通過電迀移、電滲 透、電泳等作用向陰極迀移，從而達到去除污染物的目的。這種方法適用于土壤原位修復， 用于污泥的重金屬去除研究較少。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是充分利用電滲透脫水中陽極的酸性和氧化特性，與陽極注酸相結 合提高重金屬的淋洗效果，并利用電滲透的快速、高效脫水能力，最大限度將溶解重金屬分 離，進而提高重金屬的去除效果。該裝置及方法可實現(xiàn)重金屬酸淋洗和脫除同時進行，具有 脫除速度快、效率高等特點，可用于重金屬污染污泥的無害化處理處置。
[0005] 電滲透脫水（簡稱電脫水）是污泥深度脫水方法的一種，利用電滲析原理，在電場 作用下可以將污泥含水率降低至60%以下，具有脫水率高、深度快、操作簡單等優(yōu)點，同時 兼有重金屬分離和污泥穩(wěn)定化等作用。在電脫水過程中，因電場陽極附近在電化學作用下 具有較強酸性和強氧化特性，對污泥中的重金屬具有淋洗作用。通過陽極不斷注入酸液，不 僅可以強化這種淋洗作用，在電滲透作用下，酸液還可以不斷從陽極向陰極移動，擴大淋洗 范圍和效果，使得更多的重金屬融入溶液中，并在電場作用下最大限度實現(xiàn)了污泥中水分 的脫出，進而提高了融溶重金屬的脫除效果。
[0006] 電脫水技術是現(xiàn)有的物料脫水技術，在常規(guī)電脫水過程中，因陽極產(chǎn)酸和強氧化 條件，可以對污泥中的重金屬等物質具有溶解作用，溶解后的重金屬隨水溶液被電場脫出， 具有一定的重金屬分離效果，但因電流衰減較快使得產(chǎn)酸較少，溶解與分離的效果十分有 限，重金屬脫除率僅能達到10%左右。本發(fā)明是在此基礎上進行創(chuàng)新，不僅強化了對污泥的 酸淋洗過程，更充分利用電脫水的高效脫水特性實現(xiàn)重金屬等污染物的快速、高效分離。具 體如下：（1)外加酸性溶液強化污泥的酸淋洗效果，促進更多重金屬等物質溶解到污泥內 部的水分中；（2)變成溶解狀態(tài)的重金屬等物質在電場作用下快速、高效的實現(xiàn)與污泥顆 粒的分離，充分利用電脫水高效深度脫水優(yōu)勢實現(xiàn)重金屬的高效去除；（3)陽極形式與常 規(guī)電脫水顯著不同，常規(guī)電脫水的陽極僅作為電場電極使用，功能較為簡單，本發(fā)明的陽極 不僅作為電場電極，還具有注入酸性溶液的功能，注入的酸性溶液不僅具有強化淋洗污泥 作用，尚對緩解因陽極電阻急劇增大而引起的電流快速衰減具有重要作用；(4)常規(guī)電脫 水主要用于物料的深度脫水，而本發(fā)明主要目的是對污泥中的重金屬等污染物進行分離。
[0007] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0008] -種電場淋濾重金屬裝置，包括上下兩組電極，分別作為淋濾電場的陽極板和陰 極板，兩板之間組成淋洗與脫水用電場腔體；陽極為中空平板電極，陰極為金屬網(wǎng)狀電極， 兩者間絕緣布置，且分別與直流電源的正負極相連接。
[0009] 所述陽極板中在物料接觸側設置有注液孔，可向電場中的污泥注入酸液；陽極板 另一側設置有淋洗液進口。
[0010] 所述陽極與陰極的電場間距為5mm~50mm。
[0011] 本發(fā)明進行電場淋濾重金屬的方法，將含水率40%以上的污泥加壓注入淋洗與脫 水的電場腔體中，污泥在電場中由進口勻速向出口移動，同時打開電場供電電源，并讓酸液 經(jīng)陽極的注液孔加壓注入，在電場產(chǎn)酸和氧化作用以及注入酸液的共同作用下，對污泥中 的重金屬的有害物質進行淋洗，使得難溶重金屬充分溶解到溶液中，并在電場作用下從陰 極側隨脫水液分離出來，凈化后的污泥經(jīng)出口排出。進而實現(xiàn)了重金屬淋洗與脫出的同時 作用。
[0012] 所述的電源為直流電源或脈沖式電源，電壓范圍為20V~100V。
[0013] 所述的供電方式為連續(xù)方式或間歇方式。
[0014] 所述的陽極板由導電材料制成，導電能力強，耐酸腐蝕并耐氧化；陰極板為網(wǎng)狀或 多孔板電極，具有導電和耐酸堿特性。
[0015] 供電裝置為直流電源或脈沖式電源，供電方式為連續(xù)方式或間歇方式。連續(xù)供電 方式由直流電源持續(xù)供電實現(xiàn)，間歇方式可由直流電間隔通斷的方式來實現(xiàn)，即在某一時 間段通電，某一時間段斷電的方式。脈沖供電方式可以以最簡單的商業(yè)電源作電源，脈沖波 形無特別要求，占空比可依具體情況調節(jié)。
[0016] 本發(fā)明采用的淋洗液為有機酸、無機酸或強氧化劑溶液等。對于有機酸，通過前人 實驗比較，去除效果最好的為檸檬酸，檸檬酸可絡合多種重金屬離子，不具有選擇性；是一 種小分子有機酸，在環(huán)境中易降解；價格低廉處理成本小。無機酸主要選用鹽酸、硝酸等，無 機酸酸性較強，對重金屬的溶出效果較好，但會對污泥和土壤的物理性質、化學性質產(chǎn)生一 定影響，需控制好用量。強氧化劑可有效去除污泥中有機態(tài)的重金屬，所以將氧化劑與無機 酸混用可提高重金屬去除率，所用的強氧化劑通常為雙氧水，同樣需要控制好用量。所用的 有機酸一般易生物降解，二次污染很??；無機酸和強氧化劑溶液等對環(huán)境具有二次污染風 險，主要危害是具有一定的腐蝕性，使用前需要進行小試實驗后確定最佳投放量，以減少二 次污染。
[0017] 本發(fā)明具有以下特點及優(yōu)點：（1)本發(fā)明采用電場加酸淋濾重金屬，可同時去除 多種重金屬，適用范圍廣；（2)在酸的作用下，污泥中的重金屬向可溶解態(tài)轉化，在電場的 作用下，水分從陽極向陰極移動，實現(xiàn)了固液分離，即能同時實現(xiàn)去除重金屬與脫水；（3) 在陽極板處，由于強氧化作用，對污泥中的污染物如POPs有一定的去除作用；(4)本裝置 的陽極板和陰極板位置固定，有效避免短路和電場擊穿；陰陽極間距一定，實現(xiàn)電壓均勻分 布，使得淋洗與脫水均勻；（5)由于陽極有酸液的進入，可有效避免電脫水過程中陽極迅速 變干，脫水效果下降的情況，從而可以持續(xù)提高淋洗效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的電場淋濾重金屬裝置的整體結構圖；
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