本发明涉及化工领域，尤其是涉及一种飞灰水洗预处理过程中捕集重金属的方法。
背景技术：
飞灰是指生活垃圾焚烧发电厂在烟气净化系统收集而得的残余物，含有苯系物、二噁英等有机污染物和痕量重金属pb、cr等，是危险废弃物。飞灰在水洗预处理脱氯过程中，飞灰中的痕量重金属(主要包括pb、cd、cr、as和hg)会部分进入到水洗液中，没有经过处理的飞灰中痕量重金属进入水洗液中的情况见下表1。
表1
由上表可知，除cd外，水洗液中其他四种重金属都超出饮用水毒理性指标限值十倍以上，水洗液经预处理后蒸发出盐，蒸发出来的水回用到水洗部分，水洗液中的重金属不经过脱出处理会造成后续结晶盐中重金属指标超过企业产品标准要求，因此，需要采取有效的措施在进蒸发前捕集脱除这些重金属。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种飞灰水洗预处理过程中捕集重金属的方法，该方法能够深度脱除飞灰水洗液中的重金属，，捕集的重金属进入到飞灰水洗不溶物中，最终送入水泥窑进行高温熔融处置，重金属得到安全处置；同时，清液中重金属含量得到有效降控，清夜经蒸发结晶工艺生产出结晶盐，结晶盐中重金属指标均满足企业产品标准中的限值要求。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种飞灰水洗预处理过程中捕集重金属的方法，包括下列步骤：
先后用含有8～12wt％的硫化钠的水和含有8～12wt％的硫酸亚铁的水对飞灰进行水洗，在水洗完成后加入絮凝剂，然后进行固液分离，得到水洗液；
向所述水洗液中加入碱，使ph值达到13～14，然后经过沉降后收集清液。
本发明首先用硫化钠和硫酸亚铁与pb、hg等金属阳离子的化学沉淀反应，将pb、hg转移至固相中，然后经过后续的固液分离被去除。其中，沉淀反应的化学方程式如下：
pb2++so42-→pbso4↓；
pb2++s2-→pbs↓；
hg2++s2-→hgs↓。
本发明还在飞灰水洗料浆中加入絮凝剂，利用絮凝剂在水洗料浆中形成的胶体吸附其余没有沉淀的重金属，再经过固液分离得以去除。
本发明还进一步加入过量碱，使zn、al和fe等水解形成两性氢氧化物，利用其吸附溶液中的重金属产生共沉淀。
在上述三个过程中结晶盐的主要成分——氯化钠始终溶于水洗液中，即保留在液相中，因此，本发明对重金属的捕集是单独进行的，不会将其与有用的结晶盐混合在一起。
经过上述三步处理的水洗液已基本完全脱除重金属，可进行后续的水洗处理，例如经过多重过滤减少悬浮固体。
本发明中，硫酸亚铁和硫化钠的浓度可以调整。硫酸亚铁的浓度可取8～12wt％范围内的任意值，例如8.0wt％、8.5wt％、9.0wt％、9.5wt％、10.0wt％、10.5wt％、11.0wt％、11.5wt％或12.0wt％等。
硫化钠的浓度可取8～12wt％范围内的任意值，例如8.0wt％、8.5wt％、9.0wt％、9.5wt％、10.0wt％、10.5wt％、11.0wt％、11.5wt％或12.0wt％等。
碱的加入量视水洗液中zn、al、fe和ca等金属元素的含量而定。
本发明中固液分离和沉降的方式是任意的。
在此基础上，本发明还可以进一步改进，具体如下。
优选地，还包括对所述清液砂滤和精滤，所述砂滤优选为多级砂滤，所述精滤优选为多级精滤。
最后经过多级砂滤和多级精滤后，悬浮固体含量大幅降低，满足蒸发结晶生产结晶盐产品的水质要求。
优选地，所述水洗时所用的水中硫酸亚铁的含量为10～12wt％。
优选地，所述水洗时所用的水中硫化钠的含量为10～12wt％。
优选地，所述絮凝剂为阴离子型絮凝剂，优选聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙和阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种，优选阴离子型聚丙烯酰胺。
优选地，所述絮凝剂相对飞灰质量的加入量为0.02～0.1wt％，优选0.03～0.06wt％。
优选地，所述碱为碳酸钠。
优选地，所述沉降在辐流式沉淀池中进行。
辐流式沉淀池沉淀性效果好，日处理量大，对水体搅动小，有利于悬浮物的去除。
优选地，所述加入碱的量使水洗液ph值达到13～13.5。
优选地，所述精滤为除去1μm以上的颗粒。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)能够深度脱除飞灰水洗液中的重金属，使水洗液满足蒸发结晶生产结晶盐产品的水质要求；
(2)能单独捕集重金属，使其与回收的结晶盐分离，最终重金属经高温熔融固化得到安全处置；
(3)能够通过后续的砂滤、精滤等工序降低水洗液的悬浮固体含量，满足蒸发结晶生产结晶盐产品的水质要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明以下实施例的核心在于：飞灰水洗预处理过程中重金属的捕集过程：
先后用含有8～12wt％的硫化钠的水和含有8～12wt％的硫酸亚铁的水对飞灰进行水洗，在水洗完成后加入絮凝剂，然后进行固液分离，得到水洗液；
向所述水洗液中加入碱，使ph值达到13～14，然后经过沉降后收集清液。
在此基础上，不同实施方式的试剂浓度、试剂用量以及沉降后的后续处理有差异，主要体现在以下几个方面。
优选地，还包括对所述清液砂滤和精滤，所述砂滤优选为多级砂滤，所述精滤优选为多级精滤。
优选地，所述水洗时所用的水中硫酸亚铁的含量为10～12wt％。
优选地，所述水洗时所用的水中硫化钠的含量为10～12wt％。
优选地，所述絮凝剂为阴离子型絮凝剂，优选聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙和阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种，优选阴离子型聚丙烯酰胺。
优选地，所述絮凝剂相对飞灰质量的加入量为0.02～0.1wt％，优选0.03～0.06wt％。
优选地，所述碱为碳酸钠。
优选地，所述沉降在辐流式沉淀池中进行。
优选地，所述加入碱的量使水洗液ph值达到13～13.5。
优选地，所述精滤为除去1μm以上的颗粒。
实施例1
第一步、
首先分别配制含10％的硫化钠的洗灰水和含10％的硫酸亚铁的洗灰水(浓度可调节)，按照工艺需要的水灰比进行飞灰水洗过程，并且先加第一种洗灰水，后加第二种洗灰水，飞灰中可溶出的pb、ba、hg等金属阳离子与so42-和s2-反应生成沉淀，pb和hg因此进入到固相之中，反应的化学方程式为：
pb2++so42-→pbso4↓；
pb2++s2-→pbs↓；
hg2++s2-→hgs↓。
第二步、
准备固液分离，此时向第一步的物料中加入阴离子型聚丙烯酰胺，产生胶体吸附溶液中的重金属，阴离子聚丙烯酰胺相对飞灰质量的加入量为0.02wt％。，完成固液分离，分别收集水洗液和固相。
第三步、
向第二步收集的水洗液中加入纯碱，生成碳酸钙沉淀同时将溶液ph调节到13-14的强碱性，zn、al和fe等水解形成两性氢氧化物，吸附溶液中的重金属产生共沉淀。
第四步、
沉淀的多级捕集：将第三步生成的沉淀首先在沉淀池中沉降，沉淀池为中间进水四周出水的辐流式沉淀池，表面水利负荷0.4m3/(m2×h)左右，比一般初沉池的设计取值小，能获得更好的固液分离效果。
第五步、
沉淀池出水经过两级砂滤和两级精滤串联去除ss，确保1μm以上的颗粒被逐步去除，容易附着在颗粒物上的重金属沉淀不会进入到蒸发水中。
检测上述处理后的水洗液的重金属含量，结果如表2所示。
表2
实施例2
改变加入的试剂的浓度，具体如下。
第一步、
首先分别配制含8％的硫化钠的洗灰水和含8％的硫酸亚铁的洗灰水(浓度可调节)，按照工艺需要的水灰比进行飞灰水洗过程，并且先加第一种洗灰水，后加第二种洗灰水，飞灰中可溶出的pb、ba、hg等金属阳离子与so42-和s2-反应生成沉淀，pb和hg因此进入到固相之中，反应的化学方程式为：
pb2++so42-→pbso4↓；
pb2++s2-→pbs↓；
hg2++s2-→hgs↓。
第二步、
准备固液分离，此时向第一步的物料中加入阴离子型聚丙烯酰胺，产生胶体吸附溶液中的重金属，阴离子聚丙烯酰胺相对飞灰质量的加入量为0.1wt％。完成固液分离，分别收集水洗液和固相。
第三步、
向第二步收集的水洗液中加入纯碱，生成碳酸钙沉淀同时将溶液ph调节到13-14的强碱性，zn、al和fe等水解形成两性氢氧化物，吸附溶液中的重金属产生共沉淀。
第四步、
沉淀的多级捕集：将第三步生成的沉淀首先在沉淀池中沉降，沉淀池为中间进水四周出水的辐流式沉淀池，表面水利负荷0.4m3/(m2×h)左右，比一般初沉池的设计取值小，能获得更好的固液分离效果。
第五步、
沉淀池出水经过两级砂滤和两级精滤串联去除ss，确保1μm以上的颗粒被逐步去除，重金属沉淀不会进入到蒸发水中。
检测上述处理后的水洗液的重金属含量，结果如表3所示。
表3
实施例3
改变加入的试剂的浓度，具体如下。
第一步、
首先分别配制含12％的硫化钠的洗灰水和含12％的硫酸亚铁的洗灰水(浓度可调节)，按照工艺需要的水灰比进行飞灰水洗过程，并且先加第一种洗灰水，后加第二种洗灰水，飞灰中可溶出的pb、ba、hg等金属阳离子与so42-和s2-反应生成沉淀，pb和hg因此进入到固相之中，反应的化学方程式为：
pb2++so42-→pbso4↓；
pb2++s2-→pbs↓；
hg2++s2-→hgs↓。
第二步、
准备固液分离，此时向第一步的物料中加入阴离子型聚丙烯酰胺，产生胶体吸附溶液中的重金属，阴离子聚丙烯酰胺相对飞灰质量的加入量为0.06wt％。完成固液分离，分别收集水洗液和固相。
第三步、
向第二步收集的水洗液中加入纯碱，生成碳酸钙沉淀同时将溶液ph调节到13-14的强碱性，zn、al和fe等水解形成两性氢氧化物，吸附溶液中的重金属产生共沉淀。
第四步、
沉淀的多级捕集：将第三步生成的沉淀首先在沉淀池中沉降，沉淀池为中间进水四周出水的辐流式沉淀池，表面水利负荷0.4m3/(m2×h)左右，比一般初沉池的设计取值小，能获得更好的固液分离效果。
第五步、
沉淀池出水经过两级砂滤和两级精滤串联去除ss，确保1μm以上的颗粒被逐步去除，重金属沉淀不会进入到蒸发水中。
检测上述处理后的水洗液的重金属含量，结果如表4所示。
表4
由上述实施例的结果可知，经过一系列的处理措施后，飞灰水洗液中的重金被消减并得到有效控制，确保了结晶盐产品中的重金属指标符合企业控制标准。所有含重金属的沉淀最终进入到水泥窑中进行协同处置并固化在熟料晶格中，不会危害环境。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。