一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于污水污泥處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法。采用H2O2和乙酸溶液在室溫對(duì)待處理樣品恒溫振蕩淋濾，使乙酸與待處理樣品中銅絡(luò)合，進(jìn)而浸出銅能夠?qū)⑵鋸拇幚順悠分腥コ⒌靡曰厥?。采用本發(fā)明方法其銅回收率為95％。經(jīng)過處理的污泥達(dá)到國家城市污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，回收的銅是寶貴的金屬資源，最后廢液達(dá)到國家污水污泥排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此方法符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源循再環(huán)利，用有很好的發(fā)展利用空間。
【專利說明】一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水污泥處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，工業(yè)污水和生活污水的排放量日益增大，污水處理廠污泥產(chǎn)量急劇增加。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前美國所累積的干污泥總量已超過1000萬噸/年，歐洲各國總計(jì)達(dá)660萬噸/年，日本為240萬噸/年左右。^一五”期間，我國的污水處理產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，污水處理能力及處理率迅速增長，同時(shí)也帶來了污泥產(chǎn)量的迅速增加。截止到2010年年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達(dá)到343億立方米，脫水污泥年產(chǎn)生量接近2200萬噸，隨著在建的2000多座污水處理廠陸續(xù)投入運(yùn)行，全國年污泥總產(chǎn)生量將很快突破3000萬噸。根據(jù)中國水網(wǎng)《2011中國污泥處理處置市場(chǎng)分析報(bào)告》分析顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的污染與再污染問題已經(jīng)凸顯而出，尤其是在我國部分一線大城市，甚至出現(xiàn)了“污泥圍城”的嚴(yán)重局面，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
[0003]市政污泥(Sewage Sludge)，據(jù)2009年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》相關(guān)規(guī)定，是指污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，其是在城市生活污水及工業(yè)廢水處理過程中所產(chǎn)生的固體廢棄物[3]。市政污泥的處理是一個(gè)世界性的難題，處置不當(dāng)容易造成資源浪費(fèi)和環(huán)境的二次污染。從技術(shù)角度分析，污泥是一種成分復(fù)雜，不穩(wěn)定的生物資源；但和一般固體廢棄物相比，市政污泥具有熱值小、易腐爛、有機(jī)質(zhì)含量高，N、P、K和其他微量元素含量豐富等特點(diǎn)，若經(jīng)過合理的處置及加工，通常可以被循環(huán)利用，施用到農(nóng)田上，既可改善土壤質(zhì)量，又可提高土地生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境和社會(huì)等多種價(jià)值。早在1995年，世界水環(huán)境組織(Water Environment Federat1n, WEF)將污水污泥更名為生物固體(B1solid)，這一變更表明對(duì)污泥的認(rèn)識(shí)趨向資源性，污泥被認(rèn)為是一種極富可利用性的二次資源。因此在處置污泥時(shí)，資源化是首先考慮的重要原則之一 O
[0004]污泥資源化利用即通過各種物理、化學(xué)及生物等方法與工藝，以改善污泥的組成成分與部分性質(zhì)，使污泥中有價(jià)值的組分，或直接或重組或轉(zhuǎn)化為其他能量形式而被回收利用，同時(shí)消除二次污染。目前其處置的方式主要包括:填埋、投海和土地利用。
[0005]在歐美等發(fā)達(dá)國家，土地利用的污泥占污泥生產(chǎn)總量的比例愈來愈高。據(jù)德國統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，目前德國污水處理廠產(chǎn)生污泥量約為220萬噸(干物質(zhì))，其中近60%用于農(nóng)業(yè)和土地改造，德國北部污泥的農(nóng)業(yè)利用率更是高達(dá)90%。與其它兩種處理方式相比，無論是從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)上，污泥土地利用都具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)[9]。
[0006]然而，污泥中含有重金屬元素，限制了污泥在土地上的利用。Gasco等對(duì)西班牙的城市污泥組成及農(nóng)用分析研究后指出，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注重金屬的影響；Singh等指出，施用不同比例污泥的玉米地，引起土壤和玉米中重金屬的增加；巴基斯坦的Jamali等分析了利用污泥改良后土壤中種植的小麥中重金屬的累積情況，指出小麥籽粒中的重金屬含量與污泥中可交換態(tài)重金屬含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系；李瓊等通過田間試驗(yàn)指出，高劑量施用污泥土壤中。等重金屬含量明顯增加訪研究發(fā)現(xiàn)植物體中重金屬的含量大都與施用堆肥土壤中有效性重金屬的含量相關(guān)，相比而言，堆肥施用土壤中2?。〉暮孔罡?，且活性較強(qiáng)，最易被植物吸收。
[0007]因此，污泥土地前需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，以降低其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)銅等是寶貴的金屬資源，如能回收再利用，將會(huì)變廢為寶。因此，污泥中重金屬去除與回收是一種符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保要求的技術(shù)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為:
[0010]一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，采用?。?02和乙酸溶液在室溫對(duì)待處理樣品恒溫振蕩淋濾，使乙酸與待處理樣品中銅絡(luò)合，進(jìn)而浸出銅能夠?qū)⑵鋸拇幚順悠分腥コ?，并得以回收?br> [0011]進(jìn)一步的說，將上述經(jīng)??！202和乙酸淋洗后待處理樣品進(jìn)行固液分離，收集液體部分即污泥浸出液于室溫下加入三價(jià)鐵和二價(jià)鐵溶液，并在邱為7.5-8.5，污泥浸出液中^3+/12+=5-15 (1為污泥浸出液的二價(jià)離子總的統(tǒng)稱)的條件下，使淋洗液中鐵氧體共沉淀進(jìn)而將銅得以回收再利用。
[0012]所述待處理樣品污泥、!1202和乙酸溶液的固/液/液質(zhì)量體積比為1:(1.8-2.2): (40-60)，最優(yōu)比例為 1:2:50，在 25-30。〇、邱為 2.5-3.5，并以 150-25(^,轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾3-411。
[0013]所述雙氧水加入量為乙酸加入量的1.5-2.5% (體積比
[0014]乙酸的摩爾濃度為2-311101/1 ；。
[0015]所述污泥浸出液于25-351下加入三價(jià)鐵和二價(jià)鐵溶液，并加入石灰乳溶液調(diào)邱為7.5-8.5，使淋洗液中？6371、5-15，進(jìn)而于150-250??！11轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)1-2卜，從而將淋洗液中鐵氧體共沉淀中銅得以回收再利用。
[0016]所述三價(jià)鐵溶液濃度為0.1-0.15^01/1, 二價(jià)鐵溶液濃度為0.05-0.07^1/1 ；所述三價(jià)鐵溶液為？6013 ； 二價(jià)鐵溶液為？6304。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)原理:本發(fā)明利用乙酸能夠與銅發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從固體污泥中浸出銅迅02能夠在反應(yīng)體系中產(chǎn)生活性羥基等自由基，與污泥中的鐵氧化合物或溶液中鐵離子發(fā)生類？6社011氧化反應(yīng)，耦合去除銅；向浸出液中加入和生成氫氧化物沉淀，然后沉淀物脫水分解，逐漸轉(zhuǎn)化為鐵氧體，浸出液中待去除離子占據(jù)部分？#+的位置，均勻地混雜到鐵氧體晶格中去，形成了特殊的鐵氧體。
[0018]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0019]1.本發(fā)明利用加有雙氧水的乙酸溶液去除污水處理廠污泥中的重金屬銅，而后采用改進(jìn)鐵氧體共沉淀法，用石灰乳溶液做中和劑，從污泥的乙酸浸出液中回收銅。利用本發(fā)明方法重金屬。去除率和回收率高，操作簡單，經(jīng)過處理的污泥達(dá)到國家城市污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，回收的銅是寶貴的金屬資源，最后廢液達(dá)到國家污水污泥排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此方法符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源循再環(huán)利，用有很好的發(fā)展利用空間。
[0020]2.本發(fā)明利用易降解的、成本較低的乙酸加雙氧水，有效去除污泥中⑶。利用有機(jī)弱酸去除污泥中重金屬在不破壞污泥結(jié)構(gòu)的條件下，高效淋濾去除重金屬，有較好的發(fā)展前景。
[0021]3.本發(fā)明采用改進(jìn)鐵氧體共沉淀法回收污泥浸出液中的銅，反應(yīng)可在常溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間短，使能量消耗明顯下降；無須通入空氣，簡化了工藝流程；用石灰乳溶液作中和劑，解決了鐵氧體共沉淀法用似0?作中和劑成本高的問題，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。
[0022]4.采用本發(fā)明的去除方式銅淋濾去除率91%以上，銅的回收率達(dá)到95%。經(jīng)過處理的污泥達(dá)到國家城市污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，回收銅后的廢液達(dá)到國家污水污泥排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0023]5.本發(fā)明提供的方法，操作簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，無需外援加熱，與其他傳統(tǒng)投加無機(jī)酸和其他溶劑的化學(xué)浸提技術(shù)相比，節(jié)約成本，且操作不會(huì)產(chǎn)生無極酸而產(chǎn)生生產(chǎn)事故。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除與回收污泥中⑶的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下述實(shí)施例中所采用的污泥的定量分析，污泥采集、處理和銅總量、化學(xué)形態(tài)測(cè)定:所處理的污泥為污水處理廠剩余活性污泥，污泥從污水處理廠采集后放置在陰涼處自然風(fēng)干、研磨粉碎、過篩，置于電烘箱中，在1051溫度下烘3小時(shí)，至恒重，然后移入干燥器中待用。采用冊(cè)消解，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；用1688161'連續(xù)提取方法分析。的形態(tài)變化，用工⑶-似測(cè)定數(shù)據(jù)。污泥中銅的總量為4386.2呢/?，嚴(yán)重超過國家《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(⑶4284-88)；銅的形態(tài)組成為:水溶可交換態(tài)65.1呢/敁，占總量的1.48% ；碳酸鹽結(jié)合態(tài)761^/如，占總量的1.73% ；硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)3559^/如，占總量的81.14%，殘?jiān)鼞B(tài)686.地/敁，占總量的15.64%。
[0026]實(shí)施例1
[0027]1.準(zhǔn)確稱取0.58的污泥樣品加入到100此錐形瓶中，在加入濃度為2.011101/1的乙酸以及體積2%的雙氧水“八)溶液共2501，并采用0.111101/1的版10?或此1溶液調(diào)邱到2.5，在溫度為251，250^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾處，離心固液分離。
[0028]2.取污泥浸出液10此置于100此錐形瓶中，加入2此一定濃度的？6304溶液和21111 一定濃度的[6(?溶液，使[6(?和在反應(yīng)體系中初始濃度分別為0.1511101/1和0.0511101/1 ；？63712^10，用0.811101/1的石灰乳溶液調(diào)混合液邱為8，200^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)1匕離心固液分離。
[0029]3、污泥中銅的去除率為91%，淋出液中銅的回收率為95%。(銅去除率匕)由式X:(10^-10/1000計(jì)算，式中1。和0。分別為加入污泥的質(zhì)量和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后污泥的質(zhì)量和銅的濃度。銅回收率(7)由式1 二 ^^0 X匕計(jì)算，式中V。和0。分別為加入浸出液的體積和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后浸出液的體積和銅的濃度。)
[0030]實(shí)施例2
[0031]1.準(zhǔn)確稱取0.58的污泥樣品加入到100此錐形瓶中，在加入濃度為2.011101/1的乙酸以及體積2%的雙氧水“八)溶液共2501，并采用0.111101/1的版10?或此1溶液調(diào)邱到3.5，在溫度為301，200^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾處，離心固液分離。
[0032]2.取污泥浸出液10此置于100此錐形瓶中，加入2此一定濃度的？6304溶液和21111 一定濃度的？6013溶液，使？乂13和？6304在反應(yīng)體系中初始濃度分別為0.1^1/1和0.0511101/1 ；？63712^15，用0.811101/1的石灰乳溶液調(diào)混合液邱為8，150^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)1匕離心固液分離。
[0033]3、污泥中銅的去除率為91.3%，淋出液中銅的回收率為94.5%。(銅去除率匕)由式X: (^00-10/1000計(jì)算，式中1。和0。分別為加入污泥的質(zhì)量和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后污泥的質(zhì)量和銅的濃度。銅回收率(7)由式1=計(jì)算，式中V。和0。分別為加入浸出液的體積和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后浸出液的體積和銅的濃度。)
[0034]實(shí)施例3
[0035]1.準(zhǔn)確稱取0.58的污泥樣品加入到100此錐形瓶中，在加入濃度為2.011101/1的乙酸以及體積2%的雙氧水“八)溶液共2501，并采用0.111101/1的版10?或此1溶液調(diào)邱到3，在溫度為251，150^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾3-處，離心固液分離。
[0036]2.取污泥浸出液10此置于100此錐形瓶中，加入2此一定濃度的？6304溶液和21111 一定濃度的[6(?溶液，使[6(?和？6304在反應(yīng)體系中初始濃度分別為0.1511101/1和
0.0711101/1 ；？63712^10，用0.811101/1的石灰乳溶液調(diào)混合液邱為8，250^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)1匕離心固液分離。
[0037]3、污泥中銅的去除率為90.9%，淋出液中銅的回收率為94.8%。(銅去除率匕)由式X: (^00-10/1000計(jì)算，式中1。和0。分別為加入污泥的質(zhì)量和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后污泥的質(zhì)量和銅的濃度。銅回收率(7)由式1=計(jì)算，式中V。和0。分別為加入浸出液的體積和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后浸出液的體積和銅的濃度。)
[0038]實(shí)施例4
[0039]1.準(zhǔn)確稱取0.58的污泥樣品加入到100此錐形瓶中，在加入濃度為2.011101/1的乙酸以及體積2%的雙氧水“八)溶液共2501，并采用0.111101/1的版10?或此1溶液調(diào)邱到3.0，在溫度為301，250^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾3匕離心固液分離。
[0040]2.取污泥浸出液10此置于100此錐形瓶中，加入2此一定濃度的？6304溶液和21111 一定濃度的[6(?溶液，使[6(?和？6304在反應(yīng)體系中初始濃度分別為0.1211101/1和
0.0611101/1 ；？63712^5，用0.811101/1的石灰乳溶液調(diào)混合液邱為7，150-250^111轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)1卜，尚心固液分尚。
[0041]3、污泥中銅的去除率為91.1%，淋出液中銅的回收率為90.5%。(銅去除率匕)由式X: (^00-10/1000計(jì)算，式中1。和0。分別為加入污泥的質(zhì)量和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后污泥的質(zhì)量和銅的濃度。銅回收率(7)由式1=計(jì)算，式中V。和0。分別為加入浸出液的體積和銅的濃度…和分別為實(shí)反應(yīng)后浸出液的體積和銅的濃度。)
【權(quán)利要求】
1.一種市政剩余污泥中銅的去除與回收方法,其特征在于:采用H2O2和乙酸溶液在室溫對(duì)待處理樣品恒溫振蕩淋濾，使乙酸與待處理樣品中銅絡(luò)合，進(jìn)而浸出銅能夠?qū)⑵鋸拇幚順悠分腥コ⒌靡曰厥铡?br> 2.按權(quán)利要求1所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于: 將上述經(jīng)H2O2和乙酸淋洗后待處理樣品進(jìn)行固液分離，收集液體部分即污泥浸出液于室溫下加入三價(jià)鐵和二價(jià)鐵溶液，并在pH為7.5-8.5，污泥浸出液中Fe3+/M2+=5-15的條件下，使淋洗液中鐵氧體共沉淀進(jìn)而將銅得以回收再利用。
3.按權(quán)利要求1所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于:所述待處理樣品污泥、H2O2和乙酸溶液的固/液/液質(zhì)量體積比為1: (1.8-2.2): (40-60)，在25-30°C、pH為2.5-3.5，并以150_250rpm轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩淋濾3_4h。
4.按權(quán)利要求3所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于:所述雙氧水加入量為乙酸加入量的1.5-2.5%% (體積比)。
5.按權(quán)利要求1、3或4所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于:乙酸的摩爾濃度為2-3mol/L。
6.按權(quán)利要求2所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于:所述污泥浸出液于25-35°C下加入三價(jià)鐵和二價(jià)鐵溶液，并加入石灰乳溶液調(diào)pH為7.5-8.5，使淋洗液中Fe3+/M2+=5-15,進(jìn)而于150_250rpm轉(zhuǎn)速下恒溫振蕩反應(yīng)l_2h,從而將淋洗液中鐵氧體共沉淀中銅得以回收再利用。
7.按權(quán)利要求2或6所述的市政剩余污泥中銅的去除與回收方法，其特征在于:所述三價(jià)鐵溶液濃度為0.1-0.15mol/L, 二價(jià)鐵溶液濃度為0.05-0.07mol/L ;所述三價(jià)鐵溶液為FeCl3 ;二價(jià)鐵溶液為FeS04。
【文檔編號(hào)】C22B7/00GK104342554SQ201310314454
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】曾祥峰, 王祖?zhèn)? 魏樹和, 于曉曼 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所