含重金属污泥的无害化处理技术研究

刘海涛

（许继联华国际环境工程有限责任公司北京100081）

含重金属污泥的无害化处理技术研究

刘海涛

（许继联华国际环境工程有限责任公司北京100081）

工业企业排放的含重金属废水经处理后，重金属主要集中在污泥中，其存在形态较为复杂，若不对其进行有效处理，则会对环境造成严重污染，目前常用的方法均未对其进行彻底的无害化处理，重金属依旧会造成二次污染。因此含重金属污泥的无害化处理显得尤为重要，本文在重金属污泥的无害化处理方面做了初步尝试，具有较好的经济和环境效益。

污泥；重金属；无害化

1　研究目的及意义

天津市东丽区现有工业企业千余家，天津钢管公司、天津军粮城发电厂、天津合成洗涤剂厂、天津第二煤制气厂、中美天津史克制药有限公司等上百家驻区企业，这些企业会产生大量种类不同形态各异的含重金属废水。含重金属的废水经处理后，其中的重金属主要集中在污泥内，其存在形态复杂，已构成危险废物，若不对这些含重金属的污泥进行有效处理，经风化雨淋后，会对环境造成很大的破坏。

当前，国内外较为常用的主要有焚烧、填埋和土地利用等几种污泥处理处置方式。但是由于其含有大量的重金属，所以重金属离子的浸出依旧会造成二次污染。目前对于含重金属污泥尚无经济有效的处置方法，含重金属污泥的二次污染已经成为亟待解决的环境问题。

如果采用非资源化技术进行处理处置，处理成本过高。因此含重金属污泥的资源化处理显得尤为重要，将有害的低品位重金属提炼为高品位的金属矿资源，具有很好的经济和环境效益。

2　研究目标

在确保环境效益不降低的前提下，实现污水指标不低于目前的排放指标要求，污泥重金属提取后低于危险废物的鉴定标准，使大部分污泥变为一般固体废物。

通过对现有废水处理技术的改进，诸如将硫化物沉淀法与电化学法相结合，或者研发高效环保重金属分离剂对污泥中重金属离子镍、铬等进行分离，在后期针对污泥中有价重金属，投加药剂可以将污泥中的重金属实现资源化利用。该工艺可以使污泥中的重金属含量降低至一般固体废物标准范围之内，而且能很大程度上降低污泥的处理成本，从而促进污泥的资源化利用。另外，还可以将分离出来的富含有价重金属的污泥转化为矿产品，最终形成一套技术较成熟，可大规模应用的污泥资源化处理技术。

3　研究内容

调查废水产生和处理的具体过程，化验分析废水中的污染物质和影响废水处理的因素，分析相关污染物的存在状态、特征，分析污泥中各种有害成分的含量及变化规律。

根据公司生产过程中产生的污染物和废水排放、收集的规律，选择设计合适的污泥中有价重金属的处理分离技术工艺，利用柠檬酸淋滤出污泥中重金属离子，然后用铁氧体法处理沉淀浸滤液中的重金属离子。根据初步设计的技术工艺进行实验室试验研究，设计和观察各种技术指标的变化特征。通过实验室研究，确定出控制优化废水处理或污泥中金属分离的技术方案和主要的技术指标。

按照试验确定的技术方案进行现场中试，校核污泥处理和利用技术的主要控制指标。

4　拟解决的关键技术问题

研究开发一种高效无害的有价重金属分离剂，从污泥中分离出重金属离子，将有害重金属提炼为有价金属。

改变现在废水处理中主要考虑废水达标排放而较少考虑污泥资源化利用的技术路线。针对污水处理过程中产生的含大量重金属离子的污泥，利用柠檬酸淋滤出重金属离子，然后结合改进的铁氧体法从根本上处理沉淀并回收浸滤液中的重金属。

处理重金属时，需试验研究投加药剂的配比，浓度，温度等因素，以求重金属去除率达到最高水平。

5　研究方法和技术路线

5.1化学淋滤法

本次研究的污泥中重金属很少以自由金属离子的形式存在，其存在方式主要是氧化物、氢氧化物、硅酸盐、有机结合物以及硫化物等较为稳定的形式，因此导致污泥中有价重金属的成分比较稳定，不容易去除。鉴于此，尝试采用化学淋滤的方式，将重金属成分从污泥中释放出来。即采用柠檬酸对污泥采用酸化、络合等处理方式，使稳定的重金属化合物变成可溶的金属离子或金属络合物，在后续操作中分离去除。

影响重金属溶解的难易程度主要原因主要有两个因素：pH值及氧化还原电位。投加柠檬酸，降低pH值，导致污泥中难溶金属盐类的溶解，H+的竞争作用增加了金属离子的解析量。此外，若通过加入H2O2等氧化剂的方式把污泥的氧化还原电位值提高到一定的程度，则可进一步提高重金属的淋滤效果。

有机酸阴离子对重金属离子的固定作用很强。一般来说，对重金属离子的提取分离是通过有机酸阴离子的强鳌合作用来实现的，如柠檬酸根会与重金属阳离子络合，在此过程中，柠檬酸的分解平衡被破坏，不断离解出柠檬酸根和H+，H+又可以溶解出污泥中的重金属，此时柠檬酸的酸化作用加强，和络合作用相辅相成，共同实现对污泥中的重金属的去除。总体来说，络合作用要大于酸化作用。

柠檬酸对Cu2+的络合过程为：柠檬酸含有羧基（-COOH）和羟基（-OH）两种给电子基团，当Cu2+与柠檬酸进行配位时，Cu2+会进行dsp2杂化，柠檬酸中的一个羧基氧和一个羟基氧所提供的孤对电子进入dsp2空轨道，与Cu2+以配位键和共价键的形式形成一种稳定的环螯合物AC-Cu。由于此螯合物中含有羧基和羟基等亲水性基团，因此比较易溶于水。

5.2铁氧体共沉淀法

铁氧体共沉淀法是由日本电气公司首先提出的一种重金属离子分离方法。这种方法在处理重金属废水上有较大的应用前景。其原理是在含有重金属离子废水中加入亚铁盐或铁盐，通过对反应条件的控制，使其形成铁氧体。在铁氧体形成过程中，重金属离子通过包裹、吸附和夹带作用，取代铁氧体晶格中Fe2+或Fe3+的位置，从而形成复合铁氧体，从溶液中沉淀析出，然后再采用固液分离手段，一次能脱除多种重金属离子，其典型反应过程如下：

Mn++Fe2++Fe3++OH-→M·M(OH)n·Fe(OH)3+Fe(OH)2→复合铁氧体

以重金属铬为例，说明铁氧体法处理含重金属废水基本原理：首先Cr6+与Fe2+发生氧化还原反应，Fe2+被氧化为Fe3+，而Cr6+被还原为Cr3+，调整pH使其逐渐升高，直到使Cr3+、Fe2+和Fe3+转化为氢氧化物沉淀，最后加入H2O2或通入空气，使得部分Fe2+氧化为Fe3+，形成类似Fe3O4·xH2O的磁性氧化物，即为铁氧体，使铬成为铁氧体的组分而沉淀出来，从而达到分离重金属，净化废水水质的目的。

根据实验技术原理，试验准备研究利用柠檬酸淋滤去除含有镍、铬、铅、铜等重金属离子污泥的适宜工艺条件，包括pH、柠檬酸浓度、温度、反应时间等因素。称取定量污泥配成悬浮液,加入一定浓度的柠檬酸溶液，并调节溶液pH；置于恒温振荡器中，控制反应条件，使其发生反应，定时取样；样品经离心分离后测定分析溶液中重金属离子镍、铬、铅、铜等含量。

对于后续操作，采用改进铁氧体共沉淀法：取定量污泥浸出液，加入一定浓度的FeSO4和FeCl3溶液，以石灰乳溶液做中和剂，调混合液pH为一定值，在室温下于气浴恒温振荡器上反应若干分钟，过滤，用等离子体光谱仪测定滤液中镍、铬、铅、铜等重金属离子含量。

6　结语

6.1柠檬酸可形成单核、双核和多核的多齿金属络合物。不同的重金属离子形成的络合物形式各异。即柠檬酸对金属离子不具有选择性，可以络合多种重金属离子。而城市污泥中所含的重金属成分较为复杂，一般情况下不只一种，所以选用柠檬酸作为络合剂效果较好，另外柠檬酸络合能力中等，去除液中的重金属可利用诸如铁氧体共沉淀法移走。

6.2重金属离子的去除效率在一定程度上与酸的性质有关，但也很大程度上取决于柠檬酸根的强络合能力，因此可在较温和的酸性反应条件下进行。

综上，用柠檬酸淋洗-铁氧体共沉淀法去除污泥中重金属具有可行性。从效果与成本综合考虑，此方法是种较实用的方法。参考文献

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