去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法

本发明涉及一种去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，属于污泥资源化利用。

背景技术：

1、氮元素作为一切生命体所需的重要营养元素，植物中的氮元素主要是通过土壤获得。有机质作为协调土壤物理-化学-生物平衡的核心成分，为土壤中植物、动物、微生物直接或间接的提供营养。而我国土壤存在氮元素和有机质含量普遍偏低的问题(氮元素平均＜0.2％，有机质平均＜2.5％)，几乎所有农田土壤都需要施用化学氮肥和有机肥料。城市污泥中含有大量氮元素和有机质，但由于其富含多种重金属而导致土地利用受到国家严格限制。若在去除城市污泥中重金属的同时，保留大量植物生长发育所需的优质氮元素和有机质，将其施用于非耕地土壤(如园林绿化、薪炭林土壤和生态修复基质)中，即可避免重金属直接进入食物链，又可在国际能源与化肥供应短缺的背景下，缓解对化肥的长期过度依赖，实现城市污泥高效、安全资源化利用。

2、污泥重金属处理方法包括化学清洗、化学钝化、吸附分离、电动修复等。与其他修复方法相比，化学清洗周期短，效果稳定，治理彻底，因此进行化学清洗是最为有效的修复方法。并且，可通过超声波强化清洗使反应时间缩短、重金属去除效率提高、能耗降低的同时节约大量清洗剂。目前，对于同时去除多种重金属(cu、pb、zn、cr、cd等)和保留大量有效氮的脱重留氮(脱除重金属、保留有效氮及有机质)的城市污泥清洗技术尚为少见。传统的化学清洗在去除污泥重金属的同时，通常不仅引起残留重金属流动性增加，更会导致污泥中富含的大量营养物质流失和变性，从而造成土地利用效率降低及环境风险增加。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，该方法对污泥中多种重金属(cu、pb、zn、cr、cd)有较好的去除效果，残留重金属的流动性极低，同时保留了大量优质有效氮和有机质，可直接替代氮肥施用于非耕地土壤中。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，包括以下步骤：

3、步骤一：将污泥风干后研磨过10～50目筛；污泥粒径大小是影响重金属去除率的关键参数之一。粒径过大将导致重金属去除率极低，粒径过小不仅增加研磨处理成本，还会导致污泥中大量有效氮流失。

4、步骤二：用柠檬酸或/和乙二胺四乙酸(edta)作为清洗剂与污泥混合，经超声处理后进行固液分离；

5、步骤三：将超声清洗后的污泥进行离心，固液分离后再在固相中加入清洗剂重复超声清洗数次，每次清洗后进行离心固液分离。单次清洗污泥后，污泥中重金属虽被去除，但残留重金属的流动性显著增加，这将导致更多重金属进入环境，产生极大地安全隐患；通过数次清洗后重金属(cu、pb、zn、cr、cd等)总量以及流动性减少，解决污泥土地利用后重金属污染问题。采用多次清洗方法，可以降低重金属总量和残留重金属流动性的同时，必然会导致氮元素的流失，因此清洗次数是本方法的关键参数之一。在权衡污泥中重金属总量、残留重金属流动性和有效氮含量后，清洗次数在6次内可去除大部分城市污泥中重金属的同时，保留了大部分有效氮。

6、步骤四：固液分离后在固相中加入清水清洗，充分搅拌、离心，得到的固相即为脱除重金属且保留有效氮及有机质的污泥。将清洗数次后用清水清洗的目的是去除大量残留清洗剂并且将污泥ph调至中性，避免后续土地利用产生负面效应。

7、上述方法中，所述清洗剂由单一的柠檬酸或乙二胺四乙酸(edta)溶于水后组成，按物质的量浓度计，柠檬酸为0.4～0.6mol/l，乙二胺四乙酸(edta)为0.2～0.3mol/l。

8、上述方法中，所述清洗剂由柠檬酸和乙二胺四乙酸(edta)混合后溶于水后组成，按物质的量浓度计，柠檬酸为0.2～0.6mol/l，乙二胺四乙酸(edta)为0.05～0.3mol/l，柠檬酸与乙二胺四乙酸(edta)的配比为1:1～3:1。

9、上述方法的步骤二中，超声清洗时，超声温度为20～30℃，超声时间为20～60min；超声功率为300～600w；超声频率为40khz。

10、上述方法的步骤二中，污泥与清洗剂比例为1:2～1:4g/ml。

11、上述方法的步骤三中，污泥清洗次数为1～6次。

12、上述方法的步骤四中，污泥与清水比例为1:1～1:2g/ml。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于：

14、1.既能减少污泥中重金属总量，又能保障重金属流动性减少。

15、2.在污泥中有效氮几乎无损失的同时，增加了有机质含量，可作为氮肥替代品，缓解对氮肥的长期过度依赖。

16、3.所用清洗剂易获取、成本低廉，且采用超声强化辅助清洗，其反应时间短、效率高、操作简单。

17、4.清洗后污泥物理化学性质适用于土地利用，解决污泥土地利用的突出瓶颈问题，不会造成重金属二次污染。

技术特征：

1.一种去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：所述清洗剂由单一的柠檬酸或乙二胺四乙酸(edta)溶于水后组成，按物质的量浓度计，柠檬酸为0.4～0.6mol/l，乙二胺四乙酸(edta)为0.2～0.3mol/l。

3.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：所述清洗剂由柠檬酸和乙二胺四乙酸(edta)混合后溶于水后组成，按物质的量浓度计，柠檬酸为0.2～0.6mol/l，乙二胺四乙酸(edta)为0.05～0.3mol/l，柠檬酸与乙二胺四乙酸(edta)的配比为1:1～3:1。

4.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：步骤二中，超声清洗时，超声温度为20～30℃，超声时间为20～60min；超声功率为300～600w；超声频率为40khz。

5.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：步骤二中，污泥与清洗剂比例为1:2～1:4g/ml。

6.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：步骤三中，污泥清洗次数为1～6次。

7.根据权利要求1所述的去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，其特征在于：步骤四中，污泥与清水比例为1:1～1:2g/ml。

技术总结
本发明属于污泥资源化利用技术领域，公开了一种去除城市污泥中多种重金属并保留有效氮及有机质的方法，该方法是将污泥风干研磨过筛后，用柠檬酸或乙二胺四乙酸作为清洗剂与污泥混合，经超声处理一定时间和次数后进行固液分离，最后在分离的固相中加入蒸馏水进行清洗并再次固液分离后得到脱除重金属且富含有效氮及有机质的固相污泥。本发明在有效去除城市污泥中多种重金属的同时，可以保留污泥中大量优质的氮元素及有机质，经过脱重富氮的污泥可作为含氮化肥的替代品而广泛用于薪炭林种植、园林绿化和生态修复基质等非耕地土壤，能有效解决城市污泥土地利用后重金属的二次污染问题，实现城市污泥高效、安全资源化利用。

技术研发人员：吴永贵,鲁鸿霈,王梓琪,李自然,梁婉,马幸
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13