含重金屬污泥的無害化處理技術(shù)研究

劉海濤

（許繼聯(lián)華國際環(huán)境工程有限責(zé)任公司北京100081）

含重金屬污泥的無害化處理技術(shù)研究

劉海濤

（許繼聯(lián)華國際環(huán)境工程有限責(zé)任公司北京100081）

工業(yè)企業(yè)排放的含重金屬廢水經(jīng)處理后，重金屬主要集中在污泥中，其存在形態(tài)較為復(fù)雜，若不對(duì)其進(jìn)行有效處理，則會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，目前常用的方法均未對(duì)其進(jìn)行徹底的無害化處理，重金屬依舊會(huì)造成二次污染。因此含重金屬污泥的無害化處理顯得尤為重要，本文在重金屬污泥的無害化處理方面做了初步嘗試，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

污泥；重金屬；無害化

1　研究目的及意義

天津市東麗區(qū)現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)千余家，天津鋼管公司、天津軍糧城發(fā)電廠、天津合成洗滌劑廠、天津第二煤制氣廠、中美天津史克制藥有限公司等上百家駐區(qū)企業(yè)，這些企業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量種類不同形態(tài)各異的含重金屬廢水。含重金屬的廢水經(jīng)處理后，其中的重金屬主要集中在污泥內(nèi)，其存在形態(tài)復(fù)雜，已構(gòu)成危險(xiǎn)廢物，若不對(duì)這些含重金屬的污泥進(jìn)行有效處理，經(jīng)風(fēng)化雨淋后，會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的破壞。

當(dāng)前，國內(nèi)外較為常用的主要有焚燒、填埋和土地利用等幾種污泥處理處置方式。但是由于其含有大量的重金屬，所以重金屬離子的浸出依舊會(huì)造成二次污染。目前對(duì)于含重金屬污泥尚無經(jīng)濟(jì)有效的處置方法，含重金屬污泥的二次污染已經(jīng)成為亟待解決的環(huán)境問題。

如果采用非資源化技術(shù)進(jìn)行處理處置，處理成本過高。因此含重金屬污泥的資源化處理顯得尤為重要，將有害的低品位重金屬提煉為高品位的金屬礦資源，具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

2　研究目標(biāo)

在確保環(huán)境效益不降低的前提下，實(shí)現(xiàn)污水指標(biāo)不低于目前的排放指標(biāo)要求，污泥重金屬提取后低于危險(xiǎn)廢物的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，使大部分污泥變?yōu)橐话愎腆w廢物。

通過對(duì)現(xiàn)有廢水處理技術(shù)的改進(jìn)，諸如將硫化物沉淀法與電化學(xué)法相結(jié)合，或者研發(fā)高效環(huán)保重金屬分離劑對(duì)污泥中重金屬離子鎳、鉻等進(jìn)行分離，在后期針對(duì)污泥中有價(jià)重金屬，投加藥劑可以將污泥中的重金屬實(shí)現(xiàn)資源化利用。該工藝可以使污泥中的重金屬含量降低至一般固體廢物標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，而且能很大程度上降低污泥的處理成本，從而促進(jìn)污泥的資源化利用。另外，還可以將分離出來的富含有價(jià)重金屬的污泥轉(zhuǎn)化為礦產(chǎn)品，最終形成一套技術(shù)較成熟，可大規(guī)模應(yīng)用的污泥資源化處理技術(shù)。

3　研究內(nèi)容

調(diào)查廢水產(chǎn)生和處理的具體過程，化驗(yàn)分析廢水中的污染物質(zhì)和影響廢水處理的因素，分析相關(guān)污染物的存在狀態(tài)、特征，分析污泥中各種有害成分的含量及變化規(guī)律。

根據(jù)公司生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物和廢水排放、收集的規(guī)律，選擇設(shè)計(jì)合適的污泥中有價(jià)重金屬的處理分離技術(shù)工藝，利用檸檬酸淋濾出污泥中重金屬離子，然后用鐵氧體法處理沉淀浸濾液中的重金屬離子。根據(jù)初步設(shè)計(jì)的技術(shù)工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)和觀察各種技術(shù)指標(biāo)的變化特征。通過實(shí)驗(yàn)室研究，確定出控制優(yōu)化廢水處理或污泥中金屬分離的技術(shù)方案和主要的技術(shù)指標(biāo)。

按照試驗(yàn)確定的技術(shù)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試，校核污泥處理和利用技術(shù)的主要控制指標(biāo)。

4　擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

研究開發(fā)一種高效無害的有價(jià)重金屬分離劑，從污泥中分離出重金屬離子，將有害重金屬提煉為有價(jià)金屬。

改變現(xiàn)在廢水處理中主要考慮廢水達(dá)標(biāo)排放而較少考慮污泥資源化利用的技術(shù)路線。針對(duì)污水處理過程中產(chǎn)生的含大量重金屬離子的污泥，利用檸檬酸淋濾出重金屬離子，然后結(jié)合改進(jìn)的鐵氧體法從根本上處理沉淀并回收浸濾液中的重金屬。

處理重金屬時(shí)，需試驗(yàn)研究投加藥劑的配比，濃度，溫度等因素，以求重金屬去除率達(dá)到最高水平。

5　研究方法和技術(shù)路線

5.1化學(xué)淋濾法

本次研究的污泥中重金屬很少以自由金屬離子的形式存在，其存在方式主要是氧化物、氫氧化物、硅酸鹽、有機(jī)結(jié)合物以及硫化物等較為穩(wěn)定的形式，因此導(dǎo)致污泥中有價(jià)重金屬的成分比較穩(wěn)定，不容易去除。鑒于此，嘗試采用化學(xué)淋濾的方式，將重金屬成分從污泥中釋放出來。即采用檸檬酸對(duì)污泥采用酸化、絡(luò)合等處理方式，使穩(wěn)定的重金屬化合物變成可溶的金屬離子或金屬絡(luò)合物，在后續(xù)操作中分離去除。

影響重金屬溶解的難易程度主要原因主要有兩個(gè)因素：pH值及氧化還原電位。投加檸檬酸，降低pH值，導(dǎo)致污泥中難溶金屬鹽類的溶解，H+的競爭作用增加了金屬離子的解析量。此外，若通過加入H2O2等氧化劑的方式把污泥的氧化還原電位值提高到一定的程度，則可進(jìn)一步提高重金屬的淋濾效果。

有機(jī)酸陰離子對(duì)重金屬離子的固定作用很強(qiáng)。一般來說，對(duì)重金屬離子的提取分離是通過有機(jī)酸陰離子的強(qiáng)鰲合作用來實(shí)現(xiàn)的，如檸檬酸根會(huì)與重金屬陽離子絡(luò)合，在此過程中，檸檬酸的分解平衡被破壞，不斷離解出檸檬酸根和H+，H+又可以溶解出污泥中的重金屬，此時(shí)檸檬酸的酸化作用加強(qiáng)，和絡(luò)合作用相輔相成，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中的重金屬的去除。總體來說，絡(luò)合作用要大于酸化作用。

檸檬酸對(duì)Cu2+的絡(luò)合過程為：檸檬酸含有羧基（-COOH）和羥基（-OH）兩種給電子基團(tuán)，當(dāng)Cu2+與檸檬酸進(jìn)行配位時(shí)，Cu2+會(huì)進(jìn)行dsp2雜化，檸檬酸中的一個(gè)羧基氧和一個(gè)羥基氧所提供的孤對(duì)電子進(jìn)入dsp2空軌道，與Cu2+以配位鍵和共價(jià)鍵的形式形成一種穩(wěn)定的環(huán)螯合物AC-Cu。由于此螯合物中含有羧基和羥基等親水性基團(tuán)，因此比較易溶于水。

5.2鐵氧體共沉淀法

鐵氧體共沉淀法是由日本電氣公司首先提出的一種重金屬離子分離方法。這種方法在處理重金屬廢水上有較大的應(yīng)用前景。其原理是在含有重金屬離子廢水中加入亞鐵鹽或鐵鹽，通過對(duì)反應(yīng)條件的控制，使其形成鐵氧體。在鐵氧體形成過程中，重金屬離子通過包裹、吸附和夾帶作用，取代鐵氧體晶格中Fe2+或Fe3+的位置，從而形成復(fù)合鐵氧體，從溶液中沉淀析出，然后再采用固液分離手段，一次能脫除多種重金屬離子，其典型反應(yīng)過程如下：

Mn++Fe2++Fe3++OH-→M·M(OH)n·Fe(OH)3+Fe(OH)2→復(fù)合鐵氧體

以重金屬鉻為例，說明鐵氧體法處理含重金屬廢水基本原理：首先Cr6+與Fe2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+，而Cr6+被還原為Cr3+，調(diào)整pH使其逐漸升高，直到使Cr3+、Fe2+和Fe3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，最后加入H2O2或通入空氣，使得部分Fe2+氧化為Fe3+，形成類似Fe3O4·xH2O的磁性氧化物，即為鐵氧體，使鉻成為鐵氧體的組分而沉淀出來，從而達(dá)到分離重金屬，凈化廢水水質(zhì)的目的。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理，試驗(yàn)準(zhǔn)備研究利用檸檬酸淋濾去除含有鎳、鉻、鉛、銅等重金屬離子污泥的適宜工藝條件，包括pH、檸檬酸濃度、溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素。稱取定量污泥配成懸浮液,加入一定濃度的檸檬酸溶液，并調(diào)節(jié)溶液pH；置于恒溫振蕩器中，控制反應(yīng)條件，使其發(fā)生反應(yīng)，定時(shí)取樣；樣品經(jīng)離心分離后測(cè)定分析溶液中重金屬離子鎳、鉻、鉛、銅等含量。

對(duì)于后續(xù)操作，采用改進(jìn)鐵氧體共沉淀法：取定量污泥浸出液，加入一定濃度的FeSO4和FeCl3溶液，以石灰乳溶液做中和劑，調(diào)混合液pH為一定值，在室溫下于氣浴恒溫振蕩器上反應(yīng)若干分鐘，過濾，用等離子體光譜儀測(cè)定濾液中鎳、鉻、鉛、銅等重金屬離子含量。

6　結(jié)語

6.1檸檬酸可形成單核、雙核和多核的多齒金屬絡(luò)合物。不同的重金屬離子形成的絡(luò)合物形式各異。即檸檬酸對(duì)金屬離子不具有選擇性，可以絡(luò)合多種重金屬離子。而城市污泥中所含的重金屬成分較為復(fù)雜，一般情況下不只一種，所以選用檸檬酸作為絡(luò)合劑效果較好，另外檸檬酸絡(luò)合能力中等，去除液中的重金屬可利用諸如鐵氧體共沉淀法移走。

6.2重金屬離子的去除效率在一定程度上與酸的性質(zhì)有關(guān)，但也很大程度上取決于檸檬酸根的強(qiáng)絡(luò)合能力，因此可在較溫和的酸性反應(yīng)條件下進(jìn)行。

綜上，用檸檬酸淋洗-鐵氧體共沉淀法去除污泥中重金屬具有可行性。從效果與成本綜合考慮，此方法是種較實(shí)用的方法。參考文獻(xiàn)

[1]馮春,陽光,等.污水污泥堆肥重金屬總量及形態(tài)變化[J].環(huán)境科學(xué)研究,2008,21(01):97-102.

[2]李軍.鐵氧體沉淀法處理重金屬廢水[J].電鍍與環(huán)保,1999(01): 30-31.

[3]楊軍,郭廣慧,等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢(shì)[J].中國給水排水,2009,25(13):122-124.