一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法技术

本发明专利技术提供一种碱解‑电解联用降解污泥中重金属的方法，属于污泥资源化利用技术领域。将污水处理厂的二沉池污泥过筛、沉降，去除上清液，采用热碱联合的方法对污泥中的微生物进行破胞，释放出微生物内的内溶物，制得污泥裂解液。将释放出微生物胞内重金属的污泥裂解液添加电解液，外加电场及循环装置。本发明专利技术先通过热碱联合方法破解微生物细胞，释放胞内重金属，再通过电解有效降解了污泥水解液中的重金属浓度。采用电化学方法降解周期短、设备简单、耗能低且无二次污染，有利于后续污泥资源化再利用，且通过控制电解操作参数可控制成本，经济且稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法
本专利技术涉及一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法，属于污泥资源化利用

技术介绍
近年来我国废水排放总量逐年递增，污水处理厂的大量兴建,有效缓解了污水对环境的污染，但应用活性污泥等方法处理污水的过程中会产生大量污泥。由于污泥中含有丰富的氮、磷、钾、氨基酸等多种作物生长必需养分，资源化利用前景十分广阔。然而污水经处理后，有过半重金属因吸附、沉淀，由污水转移到污泥中，虽然重金属浓度不高，但由于污泥量大，且经过长年堆积，污泥中因此会富集大量重金属。重金属在环境中具有难迁移、易富集、长期性、潜伏性等特点，可被植物吸收，通过食物链富集，最终损害生态环境，威胁人体健康。因此，去除污泥中的重金属物质对于污泥回收利用具有重要的现实意义。现如今，污泥农用已经成为了多数欧洲国家和美国的主要处置方式。我国是个农业大国，将剩余污泥进行农业应用是一个理想的选择。然而很多城市污泥中，重金属含量超过污泥农用标准，无法直接用于农业。因此，脱除污泥中的重金属势在必行。由于污泥细胞中也含有一定量的重金属，因此有必要对污泥细胞进行破解，使重金属完全释放出来，再一并脱除。由于污泥中的其他成分可以后续进行回收利用，故需控制破解污泥细胞的条件，使污泥细胞中的营养物质保持活性，同时可利用COD、蛋白质、多糖等指标含量变化判断污泥细胞破解效果。污泥细胞破解方法包括：热解法、物理法、化学法、生物法。其中热碱联合对污泥破解具有很好的促进作用。在高浓度OH-存在时，污泥的胞外聚合物受碱作用积累大量的负电荷，进而产生静电斥力，原本稳定的胶体结构遭到破坏，使细胞壁更容易发生水解反应。同时，污泥细胞壁的肽聚糖、纤维素、脂类有机物等物质也在碱的作用下被分解或丧失活性，导致污泥细胞无法维持正常的渗透压，大量胞内物质溶出。另外，此类反应均为吸热反应，在温度提升时，反应平衡正向移动，有机物溶出效果得到提升，所以将碱法和热法联合使用，可以大大提升污泥破解的效率，获得更好的破解效果。将污泥细胞破解，使污泥细胞中的重金属释放出来后，需要对整个污泥体系中的重金属进行降解。现阶段，污泥中的重金属处理方法主要有化学方法，电动修复技术，植物修复技术、吸附法等。电动修复技术主要利用外加电场作用，通过电化学溶解、离子迁移作用使重金属在阴极聚集。电动修复技术能够有效避免其他处理技术的缺点，如稳定化技术的治标不治本，化学处理方法的耗酸量大、处理成本大、降低污泥的肥料价值，生物去除技术的细菌生存限制、硫酸盐污染等。电动修复技术不仅能有效去除污泥中的重金属，而且不破坏污泥的肥料成分，无二次污染，可回收重金属，具有明显优势，是一种新兴的高效原位绿色修复技术。电化学技术在污泥处理中的应用刚刚起步，是一种新型高效去除重金属的技术，目前，该技术主要集中在修复被重金属污染的土壤以及去除污水中重金属的研究，采用热碱破解—电化学降解污泥中重金属含量是一个崭新的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法，有效地解决因污泥量大、放置时间长而导致重金属沉积后含量升高，无法直接进行农业回收利用的问题，同时对过量的剩余污泥实现减量化和资源化利用，为处理污泥中重金属提供了一种电化学处理的方法。本专利技术的技术方案如下：一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法，步骤如下：(1)将二沉池污泥过40目筛网后，自然沉降，去除上清液，配置1mol/LNaOH溶液，投加过量碱调节污泥PH为13～14，再将污泥置于30℃摇床中振荡混合至少12h。通过碱液中的OH-来水解或皂化细胞壁、细胞膜蛋白质和脂多糖，破坏污泥的絮体结构和微生物的细胞结构，使胞内重金属溶出到胞外，制得污泥水解液。(2)将污泥水解液加入到电解槽中，并添加电解液，电解槽外加循环泵保证整个电解过程中溶液能充分流动，控制电解质浓度不小于0.1mol/L，循环泵转速在30～50rpm，调节电压在20～40V，电解时间超过12h。本实验电解前后重金属的含量通过消解后应用电感耦合等离子体光谱发生仪进行测定。具体消解方法为：取0.1g蒸干、研磨后的污泥粉末置于消解罐中，加入少许去离子水润湿，加入10mL新配制的王水，盖上消解帽，设定石墨消解仪的升温程序，先在120℃下加热1h，冷却后再次添加10mL王水，在150℃下加热1h，随后升温至180℃下，直至消化反应完成(消解罐内基本没有固体残留，溶液呈淡黄色)。冷却后加入少许高纯水，再持续每次加入1mLH2O2，直至反应不再剧烈(注意H2O2加入总量不超过10mL)，继续加热至溶液剩5mL，冷却后加入10mLHCl，180℃加热至溶液剩5mL。本专利技术的有益效果：本专利技术先通过热碱联合方法破解微生物细胞，释放胞内重金属，再通过电解有效降解了污泥水解液中的重金属浓度。采用电化学方法降解周期短、设备简单、耗能低且无二次污染，有利于后续污泥资源化再利用，且通过控制电解操作参数可控制成本，经济且稳定可靠。附图说明图1是本专利技术方法的所用系统的示意图。具体实施方式以下结合技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1(1)热碱法水解：取污水处理厂二沉池处的剩余污泥过筛去掉树叶等堵塞管道物质，静置过夜后倒掉上清液，测定污泥参数，污泥TCOD含量13392.02mg/L。配置1mol/LNaOH溶液，缓慢将污泥溶液PH调至13，放在30℃、150rpm的摇床中充分反应，使污泥细胞充分破解，12h后，污泥TCOD增加55.1％。(2)电解：采用磷酸二氢钾作为电解质，控制污泥溶液中所含电解质磷酸二氢钾浓度为0.1mol/L，将加碱振荡12h后的污泥水解液加入到电解槽中，外加循环泵保证整个电解过程中溶液能充分流动，调节循环泵转速为30rpm。选用钌铱贵金属作为电极，电极间距为18cm，设置电压为30V，记录电解过程中的电流变化情况。电解12h后，在距离阳极0、3cm、6cm、9cm、12cm、15cm、18cm共7处不同位置取样，于105℃下烘干10h，研磨，过100目筛网。(3)测定重金属含量变化：消解完成后，将消解罐中的液体(去离子水反复冲洗消解罐、消解帽2-3次)过0.22um膜后转移至50mL容量瓶中，配制一定浓度硝酸溶液进行定容，使最终容量瓶内液体含硝酸浓度为5％，取10mL容量瓶内液体于10mL离心管中待测。采用ICP方法测得电解前后污泥中Cu、Pb、Cr、Ni、Zn、Hg、Cd等12种重金属含量，重金属降解率分别为47.06％、18.31％、17.20％、22.79％、14.06％、12.01％、1.51％等。实施例2(1)热碱法水解：取污水处理厂二沉池处的剩余污泥过筛、沉降、倒掉上清液，测定污泥TCOD含量13392.02mg/L。配置1mol/LNaOH溶液，缓慢将污泥溶液PH调至14，放在30℃、150rpm的摇床中充分反应，使污泥细胞充分破解，12h后，污泥TCOD增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤如下：/n(1)将污水处理厂的二沉池污泥过筛、自然沉降，去除上清液，添加1mol/L NaOH溶液调节污泥PH至13～14，再将污泥置于30℃摇床中振荡混合，用物理化学联合方法对污泥中的微生物进行破胞，释放出微生物的内溶物，制得污泥裂解液；/n(2)向污泥裂解液中添加电解液，在外加电场及循环装置作用下，保证整个电解过程中溶液的充分流动；控制电解液的浓度不小于0.1mol/L，循环泵转速在30～50rpm，反应温度在25～35℃，调节电压为20～40V，电解时间不少于12h。/n

【技术特征摘要】
1.一种碱解-电解联用降解污泥中重金属的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将污水处理厂的二沉池污泥过筛、自然沉降，去除上清液，添加1mol/LNaOH溶液调节污泥PH至13～14，再将污泥置于30℃摇床中振荡混合，用物理化学联合方法对污泥中的微生物进行破胞，释放出微生物的内溶物，制得污泥裂解液；
(2)向污泥裂解液中添...

【专利技术属性】
技术研发人员：周集体，柳懿函，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21