納米零價鐵去除污泥中有害物質的方法技術

本發明專利技術涉及一種納米零價鐵去除污泥中有害物質的方法，所述的污泥是指污水處理過程所產生的固體沉淀物質，由微生物、有機和無機固體及微量重金屬等組成。本發明專利技術采用納米技術，將污泥與納米鐵充分混合，污泥中的有機化合物和重金屬部分被納米鐵還原，污泥中的無機物和被還原的重金屬離子部分被吸附到納米鐵的表面，反應后的污泥和納米鐵通過電磁耙裝置進行有效分離。使用納米鐵技術降解污泥中的污染物與常規的處理污泥方法相比，具有成本低，操作簡單，省時等特點，其中所使用活性鐵，尤其是納米鐵可以快速降解和穩定污泥中的污染物，而且利用行車式電磁耙裝置進行納米鐵的回收利用，不會造成二次污染。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環保
，涉及污泥中有害物質的去除凈化技術，具體為一種納米零價鐵去除污泥中硫化物、重金屬等有害污染物質的方法。
技術介紹
為了有效控制嚴峻的水污染形勢，我國逐步增加了不同類型、不同規模的城鎮污水處理廠。隨著城市污水排放量的不斷增長，作為污水處理過程中的副產物——污泥的產生量也不斷的增加。根據相關統計資料，截至2010年年底，我國建成并投入運行的城鎮污水處理廠2832座，日處理能力達10262萬m3，全國脫水污泥產生量已接近2200萬t。污泥中除了含有微生物及無機物外，還含有難降解的有機物、重金屬和鹽類，以及少量的病原微生物和寄生蟲卵等。因此，如果對污泥不進行妥善處理，直接排放將會對環境帶來嚴重的二·次污染。目前，我國城鎮污水處理廠的污泥大部分都未經穩定化、無害化處理便直接送往垃圾填埋場進行簡單的填埋，有些甚至隨意拋棄、傾倒，嚴重破壞了生態環境。近幾年，污泥帶來的污染問題也頻頻出現，污泥的有效處理處置已迫在眉睫。目前，污泥的處置方法多種多樣，除了衛生填埋和海洋投棄這兩種處置方法外，常見的傳統處置方法主要有生物消化處理、堿處理、堆肥和熱干燥等方法。這些方法普遍運行成本高，處理時間長，而且很大程度上無法除去污泥的臭味，對重金屬的封存也不起作用。如何合理地處理處置污泥已成為污水處理廠和相關部門亟待解決的問題，而如何設計一種更經濟、有效的污泥中有害物質的去除方法是目前迫于解決的問題。以新材料為龍頭的新技術的迅速發展為污泥中有害物質的有效去除提供了新的手段和方法。零價鐵獨特的還原能力及表面化學特性使其能高效去除污泥中的有機化合物和金屬離子。早在1998年，Zhang等用納米材料去除水體中的有機氯污染物,研究表明，納米材料對水中的含氯有機化合物具有良好的降解效果；在1999年，Moller等用微米級零價鐵去除酸性巖排水中的重金屬離子，發現對水中砷酸鹽、鎘離子、銅離子等均有良好去除效果，這些是采用零價鐵去除水體中有機物和重金屬的早期研究報道。由于納米零價鐵粒徑小，比表面積大，反應速率高于微米鐵，其反應所需的時間更短。美國賓州州立大學Mallouk等在2000年以聚合樹脂為載體負載直徑10-30 nm的nZVI材料，研究了該材料對水中Cr(VI)和Pb(II)的去除作用，發現Cr (VI)還原成Cr (III) ,Pb(II)還原成Pb (O)。盡管該材料中鐵含量僅為22. 6%，但是反應速率是普通鐵材料的30倍，兩個月以后去除能力仍然是普通鐵粉的21倍。目前采用納米零價鐵降解或去除污泥中的污染物還是一種新的方法，因其成本低、操作簡單、處理效果好，因此具有廣大的應用前景。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對當前污泥處理處置方法與技術存在的不足，提供一種納米零價鐵處理處置污泥中有害物質的方法，降低污泥中的有害物質并對污泥進行穩定化處理，減少其對環境帶來二次污染的風險。本專利技術以納米零價鐵作為核心處理單元，將污泥中的微生物、鹽類、重金屬和持久性有機污染物等溶到水體中，增加這些有害物質的流動性，使污泥中的有害物質在水體中重新分配，改變它們的存在形式，并測定混合液的pH值和Eh值。本專利技術提出的一種，具體步驟如下· (1)將污泥池中的污泥加水通過未通電的電磁耙磁柱在滑軌上做往復運動進行攪拌，充分混合5-20 h，使固定在污泥上的部分污染物質溶出，其中溫度控制在22-30 0C ； (2)向步驟(I)所得水污泥混合液中加入納米零價鐵，通過未通電的電磁耙磁柱在滑軌上做往復運動使納米零價鐵與水污泥混合液充分接觸反應1-10 h，納米零價鐵通過還原、吸附等作用分別與污泥和水中的污染物發生作用，還原污泥中的有機化合物，還原并吸附污泥中含有的各種金屬離子，去除的金屬離子在納米零價鐵顆粒表面聚集；其中每100-200 kg干污泥中加入納米零價鐵25-50 kg ;所述的納米零價鐵的平均粒徑為1-100nm,比表面積達15000 m2/kg,具有吸附和還原的雙重功能； (3)污泥池內的分離區兩側設有電磁耙磁柱的移動滑軌，反應完成后接通電源不僅可帶動電磁耙磁柱，將步驟(2)中的納米零價鐵與污泥溶液進行分離，還可以增大電磁耙的磁力作用，使步驟(2)中的納米零價鐵與污泥溶液的分離作用效果更明顯。(4)將步驟(3 )分離出的水、污泥混合液離心分離，實現污泥的凈化。本專利技術的研究可以推及到受污染對象如土壤、沉積物、半固體類垃圾等受污染的物質，通過本專利技術除去的硫化物包括硫化氫、甲硫醇、二甲基硫醚或二甲基二硫醚等中一種以上，重金屬包括鉛、鎘、汞、銅、鎳、鋅或鈷等中一種以上，有機污染物包括含氯甲烷、含氯苯環、滴滴涕、林丹、有機染料、三鹵甲烷、含氯乙烯、以多氯聯苯為代表的多氯碳氫化合物，或其它一些有機污染物等。本專利技術提供了水和污泥中有害物質的去除方法，進而可以根據所要凈化的污泥等的現場條件，在污泥中加入能夠有助于污泥中有害物質溶出和在水溶液中穩定的試劑、抑制污泥pH值變動的緩沖劑以及他們組合的物質。混合反應的作用是使污泥和納米零價鐵充分的混合，將污泥中的有害物質部分溶出到污泥的水體中，使納米零價鐵與水體中的有害物質充分反應和作用。加入的納米零價鐵在反應池中與水污泥混合液中的微生物、鹽類、重金屬和持久性有機物等充分混合。對E°(M) ^E0(Fe)的情況(M表示Zn2+、Cd2+、Ba2+等)，納米零價鐵通過吸附的方式對重金屬進行聚集；對E°(M)接近或稍大于Etl(Fe)的情況(M表示Ni2+、Pb2+等)，納米零價鐵通過吸附或還原的方式對重金屬進行分離；對0恥)^E0(M)的情況(M表示Ag+、Cu2+、Hg2+等)，納米零價鐵主要是通過還原反應對重金屬進行去除。以Pb2+為例，納米零價鐵依次通過吸附和還原將Pb2+與污泥進行分離，物理吸附將Pb2+聚集到納米零價鐵表面，化學吸附進行鍵合并逐步還原為金屬前，反應式描述如下=FeOH + Pb2+ —= FeO-Pb+ + H+=FeOPb+ + H2O — E FeOPb-OH + H+=FeOPb+ + Fe0 + H+ — E FeOH-Pb+ Fe2+ 通過反應和吸附的方式最終將混合液中的重金屬去除。關于納米零價鐵對硫化物的分離，以H2S為例，納米零價鐵通過表面吸附和還原作用將S2+從污泥中去除，反應式描述如下=Fe+H2S —= FeS+ + H2 =FeOOH+ + H2S — E FeOSH + H2O =FeS+ +H2S — FeS2+ H2 而對于持久性有機污染物的去除，納米零價鐵主要是通過電子的傳遞，將有機化合物還原。以鹵代有機物和有機硫化物為例，反應式描述如下R-Cl+Fe°+H+ — RH+Fe2++CFCH3-S-CH3+2 = Fe+2H+ —= FeS+ 2CH4 丨 +Fe2+CH3-S-S-CH3+3 = Fe+2H+ — 2 = FeS+ 2CH4 丨 +Fe2+ 本專利技術的有益效果 本專利技術利用納米零價鐵技術，采用納米零價鐵吸附和還原的特性，用納米零價鐵將污染物從污泥中富集去除。整個系統結構簡單、實用，并且能耗低、成本低。附圖說明圖I為nZVI的TEM圖片。圖2為nZVI模型結構示意圖。圖3為電磁耙的結構示意圖。圖4為行車式電磁耙的結本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米零價鐵去除污泥中有害物質的方法，其特征在于具體步驟如下：將污泥池中的污泥加水通過未通電的電磁耙磁柱在滑軌上做往復運動進行攪拌，充分混合5？20？h，使固定在污泥上的部分污染物質溶出，其中：溫度控制在22？30？oC；向步驟(1)所得水污泥混合液中加入納米零價鐵，通過未通電的電磁耙磁柱在滑軌上做往復運動使納米零價鐵與水污泥混合液充分接觸反應1？10？h，納米零價鐵通過還原、吸附等作用分別與污泥和水中的污染物發生作用，還原污泥中的有機化合物，還原并吸附污泥中含有的各種金屬離子，去除的金屬離子在納米零價鐵顆粒表面聚集；其中：每100？200？kg干污泥中加入納米零價鐵？25？50？kg；所述的納米零價鐵的平均粒徑為1？100？nm，比表面積達15000？m2/kg，具有吸附和還原的雙重功能；污泥池內的分離區兩側設有電磁耙磁柱的移動滑軌，反應完成后接通電源不僅可帶動電磁耙磁柱，將步驟（2）中的納米零價鐵與污泥溶液進行分離，還可增大電磁耙的磁力作用，使步驟（2）中的納米零價鐵與污泥溶液的分離作用效果更明顯；將步驟（3）分離出的水、污泥混合液離心分離，實現污泥的凈化。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉賢，張亞雷，代朝猛，陳惠玲，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：