一种基于密度差异离心脱除脱水活性污泥中重金属的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于密度差异离心脱除脱水活性污泥中重金属的方法，包括步骤：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种基于密度差异离心脱除脱水活性污泥中重金属的方法


[0001]本专利技术属于污泥处理
，具体是一种基于密度差异离心脱除脱水活性污泥中重金属的方法
。

技术介绍

[0002]近年来随着化石能源的消耗
、
温室效应的加剧
、
国家环保政策法规要求的日趋严格，以及国际社会对减少碳排放的关注，环境工程与科学领域的学术界掀起了从污水和社会生产生活产生的生物质中提取和回收有机质及营养物质的思潮，并付诸行动，环境保护业界亦渐渐跟进
。
市政污泥及部分工业有机废水处理中产生的污泥含有大量氮
、
磷
、
钾元素，及各种植物和土壤生态环境必须的微量金属元素及有机质，将这些污泥经过合理的稳定化处理，如好氧或者厌氧堆肥，再经过杀菌及脱除有害物质的处理，最终制成有机肥料，用于市政绿化带
、
农业用高质肥料是一个面向未来的污泥
/
生物质资源化路径
。
然而，当下的市政污泥处理与处置依然是一个世界性的难题，主要原因在于，一则污泥处理成本较高，二则部分有机与无机污染物无法被有效脱除，制约了污泥肥料化的进程
。
[0003]我国住房和城乡建设部与国家发展和改革委员会于
2022
年联合发布的
《
城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南
(
试行
)》
中提到，从碳排放的角度考虑，厌氧消化和土地利用是众多污泥处理方法中唯一可以实现负碳排放的途径
。
然而，我国污水处理厂及部分工业有机废水处理过程中产生的污泥长期以来呈现有机组分低和泥沙含量高的特点，无法大范围应用厌氧消化；此外，由于大量污水处理厂接收的污水中矿物质含量较高且部分污水处理厂接纳工业和企业排水，导致经过污废水处理产生的污泥中存在相当比例的重金属，所以，尽管生化工艺产生的污泥具备作为高质有机肥料的潜质，但是污泥中的重金属成为阻碍污泥资源化和土地利用的一个重要制约因素
。
[0004]活性污泥是由细菌
、
原生动物及真菌组成的聚集体，以及微生物分泌到细胞外的大分子聚合物构成集合体，在活性污泥法依托的反应池内以颗粒物
/
絮状的形态存在
。
由于活性污泥的特殊组成，细菌的细胞及这些活性污泥颗粒物在生化处理条件下外表面常携带负电荷
(
羧基
、
羟基等的脱质子导致表面
zeta
电位为负
)
，可以通过离子交换
、
螯合
、
表面微区沉积等捕集水中溶解态的重金属离子，故除了进入细胞内的少量重金属，大部分污水中的重金属被活性污泥以生物吸附的方式从水相转移至固相
。
[0005]目前，国内外文献中常见的污泥重金属减量化方法包括电动力学
、
超临界流体提取
、
化学试剂法
、
植物提取法
、
离子交换技术
、
高级氧化和生物淋滤，但是，仅有电动力学法进入了工业中试阶段，其他的方法大多仍然处于实验室研究阶段，现在对以上部分污泥重金属减量化方法进行如下简单介绍：
①
、
化学试剂法，一般指化学淋洗法，一般采用
pH
为
1.5
～3的淋洗剂在重力或水头压力下渗流通过重金属污染的污泥，通过质子来置换金属阳离子，以去除各种形态重金属并收集污泥，除了使用硝酸
、
硫酸
、
磷酸和柠檬酸这些淋洗剂以外，还可以利用金属化合物如硫酸铁也可以达到降低污泥
pH
的效果
。
曾有研究表明脱水污泥
(
含水
98
％
)
中加入
1.5g Fe/L
以后可以将污泥
pH
降至
2.5
，室温下经过
120
小时以后对
Cu、
Zn
和
Cd
有
81
％
、89
％和
86
％的去除，详见
[1]。
因淋洗剂
(
如：
EDTA、
柠檬酸
、
稀硫酸
、
稀磷酸
)
通常对阳离子不存在选择性，故淋洗过程中可能会同时去除部分
Na、Ca、K
等离子
。
此外，淋洗过程中容易造成不同深度污泥中重金属去除率不均匀的问题，且淋洗剂大量投加容易造成污泥盐含量增加，故寻找合适
、
具有选择性和可生物降解的淋洗剂，调整优化淋洗方式是此法的关键难点
。
②
植物提取法，因处理效率周期较长，且效率较低，在此不做详细介绍
。
③
离子交换法，其较难单独应用，一般需要与淋洗法结合，利用强阳离子交换树脂来回收淋洗液中的重金属，当直接将离子交换树脂投加到污泥中时，往往仅能回收交换得到游离的
、
吸附的和可交换态的重金属离子，成本较高，直接投加的离子交换树脂较难回收，且存在重金属离子脱附的可能
。
④
生物淋滤，是一种比较温和且有效的污泥重金属去除方法，利用嗜酸和化能自养微生物氧化铁和硫过程中产生的酸来洗脱污泥中的重金属，其中：一方面，直接硫基生物淋滤中，微生物可以氧化硫化物中的硫，使难溶硫化物转化成溶解态，进而去除重金属阳离子；另一方面，间接硫基生物淋滤中，需要投加还原态硫化物，待硫氧化微生物将其转化成硫酸以后，溶解去除泥中的重金属，这一步类似化学淋洗法；再者，铁基生物淋滤涉及一系列复杂的化学反应，一般需要投加硫酸亚铁铵或者硫酸亚铁作为微生物的营养物质，在好氧情况下，亚铁试剂被微生物氧化为三价铁化合物，三价铁化合物可以氧化污泥中难溶的金属硫化物，从而被还原为亚铁化合物，产生的硫酸可以在有氧情况下氧化部分金属硫化物，而这两个反应溶解的金属硫化物中的金属阳离子可以进入水相被淋滤去除
。
虽然生物淋滤法对众多污泥中的重金属离子都能去除，一般的去除率范围为2～
65
％ Pb、58
～
78
％ Cd、22
～
91
％ Cu、60
～
95
％ Ni、64
～
99
％ Zn、10
～
84
％ Cr
，详见
[2]、[3]、[4]和
[5]。
相较于化学淋洗，生物淋滤法最大的缺点是耗时较长，因为污泥中一般会有残留的脂肪酸，如乙酸和丙酸，会对自养微生物氧化铁和硫造成抑制，一般淋滤周期至少为5～
14
天
。
除此以外，生物淋滤对残渣态重金属的去除比较有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于密度差异离心脱除脱水活性污泥中重金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
1、
按照质量比1：
(100
～
1000)
取重金属吸附剂加入脱水污泥并充分搅拌，然后在不高于
25℃
的温度下静置，得到调质后的密度为
0.9
～
1.1g/cm3的脱水活性污泥；步骤
2、
采用梯度离心药剂配制密度为
1.3
～
2.0g/cm3的梯度离心液，且梯度离心液的密度为脱水活性污泥密度的
1.2
～
1.9
倍，调节梯度离心液的
pH
值至比重金属吸附剂的零电荷点高
0.5
个单位；步骤
3、
在不高于
25℃
的温度下，按照脱水活性污泥和离心液的体积比1：
(3
～
10)
取脱水活性污泥和步骤2选取的梯度离心液先加入搅拌机搅拌，再移入离心机离心，离心后，先收集下层富集重金属的吸附剂，再收集中层溶解有重金属离子的梯度离心液，然后收集上层漂浮的脱除重金属的污泥；步骤
4、
通过干燥和酸液淋洗去除下层富集重金属的吸附剂中的重金属，得到恢复吸附重金属能力的重金属吸附剂，将其用于下一循环继续脱除重金属；步骤
5、
中层溶解有重金属离子的梯度离心液被继续加入步骤2的离心机，直至收集的中层溶解有重金属离子的梯度离心液因掺杂污泥而变得浑浊时，通过蒸发脱水回收其中的蒸馏水和梯度离心药剂，经过酸液淋洗
、
调中性和干燥后，回收得到用于配制梯度离心液的梯度离心药剂；步骤
6、
调节上层漂浮的脱除重金属的污泥的
pH
值至中性，通过好氧或厌氧堆肥对污泥进行调质处理使其适合用作肥料
。2.
根据权利要求1所述的基于密度差异离心脱除脱水污泥中重金属的方法，其特征在于，所述脱水活性污泥由如下方法得到：采用市政污水处理厂或工业有机废水生化反应单元产生的好氧污...

【专利技术属性】
技术研发人员：高耀寰，谭琛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：