专利名称：污泥土地利用时所含重金属的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种污泥中所含重金属的处理工艺，进一步涉及将城市污水厂的污泥土地利用时，污泥中的重金属污染物的处理工艺。
背景技术：
随着人口的增长、工业的发展，需要处理的生活污水和工业废水在不断增加，经过处理而产生的污泥量也大大的增加。据有关部门的统计，目前我国每年产生的干污泥量约为500万吨，这些数量巨大的污泥如果没有得到妥善的科学处理处置，不仅会占用大面积的土地才能堆放，而且其中的有害成分重金属、病原物和有机污染物等，还会在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。特别是其中的重金属污染物因雨水带入江河污染水源等环境问题一直是环境学家所关心的焦点问题之一。如果将污泥作为土壤改良剂使用，可以改善土壤结构，提高土壤肥力，也可用于污染土壤的修复。但是污泥中的重金属会通过动、植物和地下水进入食物链，从而进入人体，使人体受到损害。虽然在使用污泥土地利用时也进行了消化、堆肥、发酵等无害化处理，但是污泥中重金属污染物等大部分依旧留在污泥中，和污泥一起进入土壤中，在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。虽然，业内人士已经采用如下几种方法处置污泥中的重金属，但都没有能满足污泥土地利用时的要求。
A.分离法采用化学方法、生物沥滤、植物修复等化学、物理或生物方法将重金属污染物从污泥中取出，使它与污泥分离，达到消除污染的目的。
化学方法就是先用酸将污泥的酸度降低，通过溶解作用，然后用EDTA等络合剂进行氯化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用等，将其中的重金属分离出来，使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子和金属络合物，达到与污泥分离的目的。
生物沥滤是指在曝气供氧和添加硫酸亚铁或硫粒的条件下利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用使与固相处于吸附、化合状态的不溶性成分(重金属离子硫及其它金属)得以释放并转移到液相中的过程。然后通过固液分离将重金属与污泥分离。
植物修复技术(pHytoremediation)是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技术的总称，即将某种特定的对污染元素具有特殊吸收富集能力的植物种植在重金属污染的土壤上，将植物收获并妥善处理后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。
上述方法的缺点在于重金属提取物和污泥的分离很困难，处理成本高。而那些吸收富集了重金属的植物，也存在着难以进一步处理，并可能会造成二次污染问题。
B.将重金属固定在污泥中。该方法就是通过物理、化学或生物的方式将污泥中的重金属进行固化(solidfication)固定，添加固化剂于污泥中，使其变为不可流动性或形成固体的过程，通过降低其环境活性来减轻污染。传统的固定技术是使用大量水泥固化。在固化效果不理想时，还会加入有机聚合物、粉煤灰、石灰、粘土、脲甲醛、沥青及硅酸钠等其他物质(如塑性材料、熔融材料、自胶结材料、大型包胶材料等等)。该方法的缺点在于经固化处理后的污泥不能作为土壤了。因为采用这种固化的方法破坏了用于土壤的污泥的结构、透水、透气等基本性能，而且污泥的体积都有较大程度的提高。
近年来，在处理重金属废物时，国外有人采用高效的化学稳定化药剂，通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质，达到消除重金属废物的目的。有报道说，Shivel，W.E等人用硫化物作为稳定化药剂，处理含重金属的工业废物。但是未见有用它处理含量低和种类多的污泥中多种重金属同时存在的报道。
发明内容
本发明的目的是推出一种将污泥土地利用时，可以使污泥中的重金属污染物的毒性减小或消除的方法，使经过处理后的污泥符合污泥土地利用的国家标准(重金属的浸出量要求)，而且处理方法简单、处理成本低廉。
为了达到上述目的，本发明针对土地利用中的城市污水厂污泥中的重金属污染物，研制出一种高效的固定剂，改变污泥中重金属污染物的形态和结构，达到减小或消除污染的目的。经过反复研究发现将重金属稳定在污泥中，即稳定化(stabilization)工艺可以满足要求。在固定剂的作用下，污泥中重金属发生化学反应，使它们从有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质；同时污泥的物理性状也得到了改变，使污泥和重金属发生包胶、凝结及吸附作用，从而达到固定污泥中的重金属的作用，并且，还可以通过调正固定剂的配方和加入剂量，获得良好效果。
本发明采用硫化物和石灰按一定比例配制固定剂，根据不同的城市污水处理厂的污泥，调整配方和加入的剂量，对污泥中的重金属进行固定/稳定化处理，具体步骤如下第一步污泥中重金属种类和含量的测定将污泥进行采样分析，了解污泥中所含重金属的种类和含量。
第二步固定剂的配置根据污泥中重金属的不同种类和含量，选择配制固定剂，然后按硫化物/石灰＝0.3-3重量比例称量，配制固定剂，接着，混合均匀，待用。
硫化物包括硫化钾、硫化钠、硫化铵、硫化钙等硫化物。
第三步固定工艺按污泥量的0.5％-20％重量百分比往污泥中添加上述第二步配置的固定剂，搅拌均匀，投加固定剂后，再将污泥稳定2-15天，最后达到本发明要求的稳定和固化了污泥中的重金属，使之符合土地使用要求。该工艺可以和污泥的其它无害化处理工艺(如发酵、推肥)同时进行，而不影响重金属固定效果。
本发明的优点如下1.采用由硫化物和石灰组成的固化剂处理污泥中重金属时，固定剂能将污泥的pH值调整至使重金属离子具有最小溶解度的范围，能控制污泥中重金属的氧化/还原电势，生成稳定的通常环境下不会浸出金属化合物如氢氧化物沉淀、硫化物沉淀、氧化物沉淀、共沉淀、无机络合物沉淀和有机络合物沉淀等，因此，本发明的处理效果特别好，经固定后的污泥中重金属的浸出率为固定前的1/200-1/300，其残余量完全符合土地利用的国家标准。
2.由于固化剂均为工业原料，混合搅拌要求也低，只要室温下混匀即可，所以本发明的工艺简单，处理成本低廉，每吨污泥的处理成本仅为5-20元。
3.经过本发明的工艺处理，实现污泥作为土地无害化使用时，可以做到少增容或不增容，极大地降低了后续的运输、储存和处置的费用，并可以大大减少处置容器，提高处理处置系统的总体效率和经济性。
具体实施例方式
实施例1第一步对上海某城市污水厂污泥进行采样分析，该厂的出厂污泥的重金属含量为Zn3084、Cu864、Ni454(mg/kg)。
第二步根据对污泥的采用分析结果，选择配制固定剂为工业级的硫化钠和石灰，然后按硫化钠/石灰＝1-1.2重量比例称量，接着，将两者混合均匀，待用。
第三步固定工艺按污泥量的2％重量百分比往污泥中添加上述配制的固定剂，搅拌均匀，投加固定剂后，再将污泥无害化(如发酵、推肥)处理5-10天，最后取样分析，固定后污泥中重金属含量为Zn20.6、Cu3.9、Ni3.9(mg/kg)，达到本发明要求的稳定和固化了污泥中的重金属，符合土地使用要求。
实施例2第一步对上海某城市污水厂污泥进行采样分析，该厂的出厂污泥的重金属含量为Zn1653、Cu159、Ni22.2(mg/kg)。
第二步根据对污泥的采用分析结果，选择配制固定剂为硫化钾和石灰，然后按硫化钾/石灰＝0.3重量比例称量，接着，将两者混合均匀，待用。
第三步固定工艺按污泥量的0.5％重量百分比往污泥中添加上述配制的固定剂，搅拌均匀，投加固定剂后，再将污泥无害化(如发酵、推肥)处理3-12天，最后取样分析固定后污泥中重金属含量为Zn2.621、Cu0.312、Ni0.271(mg/kg)，达到本发明要求的稳定和固化了污泥中的重金属，符合土地使用要求。
实施例3
第一步对上海某城市污水厂污泥进行采样分析，该厂的出厂污泥的重金属含量为Zn15890、Cu3873、Ni522.7(mg/kg)。
第二步根据对污泥的采用分析结果，选择配制固定剂为硫化铵和石灰，然后按硫化铵/石灰＝2.8重量比例称量，接着，将两者混合均匀，待用。
第三步固定工艺按污泥量的15％重量百分比往污泥中添加上述配制的固定剂，搅拌均匀，投加固定剂后，再将污泥无害化(如发酵、推肥)处理5-15天，最后取样分析固定后污泥中重金属含量为Zn30.562、Cu12.35、Ni5.263(mg/kg)，达到本发明要求的稳定和固化了污泥中的重金属，符合土地使用要求。
权利要求
1.污泥土地利用时所含重金属的处理方法，其特征在于采用硫化物和石灰作为固定剂，根据不同的城市污水处理厂的污泥，调正配方和加入的剂量，对污泥中的重金属进行固定/稳定化处理，具体步骤如下第一步污泥中重金属种类和含量的测定将污泥进行采样分析，了解污泥中所含重金属的种类和含量；第二步固定剂的配置根据污泥中所含的不同种类和含量的重金属，选择配制固定剂，然后按硫化物/石灰＝0.3-3重量比例称量，混合均匀，待用；第三步固定工艺按污泥量的0.5％-20％重量百分比往污泥中添加固定剂，搅拌均匀，再将污泥无害化处理2-15天，最后达到本发明要求的稳定和固化了污泥中的重金属，使之符合土地使用要求。
2.根据权利要求1所述的污泥土地利用时所含重金属的处理方法，其特征在于所述的固定剂配制是按照需要，称量工业级硫化钾、硫化钠、硫化铵、硫化钙和工业级石灰，进行混合搅匀制成。
全文摘要
污泥土地利用时所含重金属的处理方法，涉及一种污泥中所含重金属的处理工艺。采用硫化物和石灰作为固定剂，按污泥中所含重金属种类和含量，调正配方和加入量按硫化物/石灰＝0.3－3重量比例称量配制固定剂，并按污泥量的0.5％－20％重量百分比往污泥中添加，搅拌均匀，再稳定处理2－15天，最后获得符合土地使用要求的污泥。本发明的方法处理效果好，经固定后的污泥中重金属的浸出率为固定前的1/200－1/300，其残余量完全符合国家的土地利用的标准。工艺简单，处理成本低廉，每吨污泥的处理成本仅为5－20元。本发明的工艺少增容或不增容，极大地降低了后续的运输、储存和处置费用及处置容器。本发明可广泛适用于不同城市污水处理厂的污泥土地利用时所含重金属的处理工艺。
文档编号C02F11/00GK1544366SQ20031010879
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月21日 优先权日2003年11月21日
发明者赵建夫, 陈玲, 马利民, 夏四清, 孙颖, 方萍 申请人:同济大学