本发明属于环保技术领域，具体是涉及纳米零价铁去除污泥中重金属的方法及其专用装置。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展，城市化的不断推进，市政污水的量也在逐年增加。在处理污水的同时也会产生大量的污泥，而污泥相对于污水来说更难处理。因为污泥中含有大量的致病菌、难降解有机物、重金属等，目前污泥的处置方法主要有焚烧、填海、填埋、农业利用等。
焚烧处理是高温加热污泥，使有机物转化为无机物。焚烧后污泥体积将减少60％以上，且能起到灭菌的作用，但是焚烧处理污泥的设备投资、能耗、运行费都相当高，而且操作复杂，会产生废气、噪声、热辐射等环境污染问题，更严重的是该方法不完全燃烧时会产生有毒气体因此该方法还不成熟，存在经济和技术上的困难；填海是指将污泥排入海，操作方法简单、费用低、可操作量大、不需无毒无害化处理就可排放等优点，但是该方法仅是空间上将污泥转移并未对污泥做任何处理，且对海洋环境有着很大的污染；填埋具有费用低、简单易行等特点，被各国普遍采用，但该方法也有着多种问题，如受土地面积限制且易发生渗滤液污染，目前各国都在减少污泥填埋在污泥处置方法中的比例，农业利用时污泥中的重金属会通过农用进入土壤，渗入地下水、进植物、动物体内富集。但如能去除污泥中的大量有机物是植物和微生物的良好生存环境，有很大的农用价值。若能去除污泥中重金属后再通过堆肥进行农用，这样将同时促进城市化和农业的发展，有着很好的研究前景。
污泥中重金属不可降解，会通过食物链的传导对人体产生危害和破坏生态环境。污泥农用实践中，虽然国家给予污泥肥料财政补贴，但是由于污泥肥料或复合肥料存在生态风险，一直不能被市场认可，大规模应用市场机制无法建立。因此，在污泥土地利用前必须对污泥中重金属进行调控，且现如今将纳米技术应用于污泥处理的研究较少，但纳米技术在去除水、大气环境中的重金属的探究已日趋成熟，因此我们有理由相信纳米零价铁应用于污泥中重金属的去除有美好前景。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供纳米零价铁去除污泥中重金属的方法及其专用装置，将超声波应用于反应过程，大大减少反应时间，提升处理效率，而且能有效去除污泥中重金属污染。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
纳米零价铁去除污泥中重金属的专用装置，包括第一反应器和第二反应器，第一反应器经由污泥泵与第二反应器相连通，经第一反应器预处理后的污泥由污泥泵转移至第二反应器内；在所述的第一反应器和第二反应器的中部均设置搅拌器；在所述的第一反应器的底部设置超声波振子；在所述的第二反应器的底部设有配合使用的磁铁和重金属回收口，第二反应器经由另一污泥泵与泥水离心分离装置相连。
在所述的第一反应器中盛放泥水混合物和纳米零价铁，泥水混合物由设置在第一反应器上的污泥进口进入。
所述的超声波振子与外设的超声波反应器相连，在超声波和搅拌器双重作用下，对泥水混合物进行预处理。
所述的第二反应器的底部为倒锥形，该倒锥形缩口的底部为重金属回收口。
在所述的第二反应器底部的倒锥形的内壁上设有磁铁，在第二反应器中的搅拌器的作用下，混合液中的纳米零价铁不断被磁铁吸附。
采用所述的纳米零价铁去除污泥中重金属的专用装置去除污泥中重金属方法，包括如下步骤：
步骤1)污泥由污泥进口进入第一反应器(进行预处理，根据污泥性质调节使加入浸提剂后污泥含水率为90％以上，通过搅拌器和超声波振子预处理后得到预处理混合液；其中搅拌器能打散污泥中的污泥团，使得浸提剂均匀分布，在超声波作用下，促使颗粒上结合的重金属由粗颗粒向细颗粒以及由细颗粒向溶液的迁移；
步骤2)在第一反应器中，向上述预处理混合液中加入纳米零价铁，每100g污泥投加0.1-1g的纳米零价铁，搅拌器和超声波反应器同时作用后，纳米零价铁与混合液中污泥完全混合充分接触，关闭搅拌器，超声波反应后得到处理后的混合液；
步骤3)上述第一反应器中处理后的混合液经由污泥泵转移至第二反应器内，在第二反应器内搅拌器的不断搅拌作用下由混合液中纳米零价铁不断被磁铁吸附，将纳米零价铁从处理后的混合液中分离出来，重金属则被纳米零价铁吸附也从污泥中分离出来，纳米零价铁进入重金属回收口；剩余的污泥则再经由另一污泥泵进入泥水离心分离装置，脱水后液体作为浸提液回收利用；由于浸提剂的酸化作用，污泥需要添加碱中和，后作为肥料农用。
步骤1)中，所述的超声波反应器的超声频率为25-60KHz，通过搅拌器和超声波振子预处理的时间为10-20min。
步骤2)中，所述的搅拌器和超声波反应器同时作用的时间为10-30min；关闭搅拌器后，超声波反应时间为1-5h。
有益效果：与现有技术相比，本发明的纳米零价铁去除污泥中重金属的专用装置，将预处理阶段和反应阶段共同应用于第一反应器，最后浸提剂分离回用，减少污染的同时降低成本；本发明的纳米零价铁去除污泥中重金属的方法，不仅将超声波应用于反应过程，大大减少反应时间，提升处理效率，而且能有效去除污泥中重金属污染，从根本上消除污泥中重金属带来的风险问题，推动污泥大规模农用，变废为宝的同时推动环境和农业的发展。
附图说明
图1是纳米零价铁去除污泥中重金属专用装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，纳米零价铁去除污泥中重金属的专用装置，包括第一反应器11和第二反应器12，在第一反应器11中盛放泥水混合物4和纳米零价铁7，泥水混合物4由设置在第一反应器11的污泥进口1进入，在第一反应器11的中部设置搅拌器5，用于搅拌泥水混合物4，在第一反应器11的底部设置超声波振子2，超声波振子2与外设的超声波反应器3相连，在超声波和搅拌器双重作用下，对泥水混合物4进行预处理。
第一反应器11经由污泥泵6与第二反应器12相连通，经第一反应器11预处理后的污泥由污泥泵6转移至第二反应器12内，在第二反应器12的中部设置搅拌器5，第二反应器12的底部为倒锥形，该倒锥形缩口的底部为重金属回收口9，在第二反应器12底部的倒锥形的内壁上设有磁铁8，第二反应器12在搅拌器5的作用下，混合液中的纳米零价铁7不断被磁铁8吸附，第二反应器12经由另一污泥泵6与泥水离心分离装置10相连。
纳米零价铁去除污泥中重金属的方法，包括如下步骤：
步骤1)污泥由污泥进口1进入第一反应器11进行预处理，根据污泥性质调节使加入浸提剂2％盐酸溶液，后污泥含水率为90％以上，通过搅拌器5和超声波振子2预处理10-20min得到预处理混合液；超声波反应器3的超声频率为在25-60KHz之间，其中搅拌器5能打散污泥中的污泥团，使得浸提剂均匀分布，在超声波作用下，促使颗粒上结合的重金属由粗颗粒向细颗粒以及由细颗粒向溶液的迁移；
步骤2)在第一反应器11中，向上述预处理混合液中加入纳米零价铁7，每100g污泥投加0.1-1g的纳米零价铁7，搅拌和超声波同时作用10-30min后，纳米零价铁7与混合液中污泥完全混合充分接触，关闭搅拌器5，超声波反应1-5h后得到处理后的混合液；
步骤3)上述第一反应器11中处理后的混合液经由污泥泵6转移至第二反应器12内，在第二反应器12内搅拌器5的不断搅拌作用下由混合液中纳米零价铁7不断被磁铁8吸附，此时即可将纳米零价铁7从处理后的混合液中分离出来，而重金属则被纳米零价铁7吸附也从污泥中分离出来，纳米零价铁7进入重金属回收口9，污泥则再经由另一污泥泵6进入泥水离心分离装置10，脱水后液体可以作为浸提液回收利用；由于浸提剂的酸化作用，污泥需要添加碱中和，后作为肥料农用。
可根据污水处理厂污泥的产生量来设计反应器尺寸和纳米零价铁7的投加量。此装置大约2.5h为一个运行周期，同时此装置具有可以持续运行使用，污泥进样可以使用电脑操作，减少工人工作量等优点。
应用实例1
取污水处理厂污泥36Kg，其含水率约为82％左右，分为12份每份3Kg，12份分为4组每组3份，分别都加入800ml浸提剂为2％盐酸的盐酸溶液。通过搅拌器5和超声波振子2预处理10min得到预处理混合液；超声波反应器3的超声频率为在30KHz，分别都加入7纳米零价铁10g，搅拌和超声波同时作用反应20min后，纳米零价铁7与混合液中污泥完全混合充分接触，关闭搅拌器5，超声波反应各个组分别反应1、2、3、5h后得到处理后的混合液，测定得重金属的回收量在1、2h后增长较大，而3h和5h的重金属回收量和2h重金属回收量基本保持不变。则可以得出在处理时间2小时效果最佳。继续反应效果不明显且耗能较大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。