CN106904799B - 一种电动修复强化装置及利用该装置去除污泥中重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动修复强化装置及利用该装置去除污泥中重金属的方法。该电动修复强化装置包括电动修复系统和pH控制系统，其中，电动修复系统包括电动修复电解槽、以及位于该电动修复电解槽两端的阴极电解池和阳极电解池，该电动修复电解槽内设有离子强化迁移槽和活性炭。利用该电动修复强化装置去除污泥中重金属的方法，包括以下步骤：(1)污泥预处理：将湿污泥样品用0.5‑3mol/L的硫酸预处理，得到含水率为70％‑85％的污泥；(2)将预处理好的污泥分层放入电动修复电解槽的离子强化迁移槽中；(3)在0.5‑2V/cm的电势梯度下通电3‑10天，阴极电解液pH值控制在2‑4。本发明能够解决由于金属离子在污泥中迁移困难的问题，提高污泥中重金属的电动修复率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动修复强化装置及利用该装置去除污泥中重金属的方法，属于二次资源回收和环境工程技术领域。
背景技术
随着冶金、化工、矿业、电子业以及铸造业的快速发展以及“水十条”的出台，生活污水、工业废水处理力度不断增大，由水处理产生的重金属污染污泥问题日趋严重。这种污泥如果处置不当不但会危害环境以及人类生存还会流失贵重资源。因此需要科学合理的处理，同时实现污泥的资源化利用是十分重要的。电动修复是指在污染土壤通入低直流电，污染土壤中污染物在电场作用下迁移出来的过程。电动修复技术能迁移出污泥中的大多数金属离子，是一种绿色、高效的新型原位修复技术，但是，污泥颗粒粒径小、有机物含量大、粘度大，阳离子交换量(CEC)大等特性严重影响了污泥孔隙溶液中金属离子的迁移。
针对金属离子迁移困难的问题，有许多研究者通过加螯合剂、表面活性剂等强化剂促进金属离子的迁移，然而，这些强化剂对环境存在潜在的危害。
发明内容
针对目前低渗透的、粒度细、成分复杂的污泥重金属去除率低的问题，本发明的目的在于提供一种电动修复强化装置，提高污泥中重金属的电动去除率。
本发明的另一目的在于提供一种电动修复强化装置及利用该装置去除污泥中重金属的方法，具有绿色环保的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动修复强化装置，其特征在于，该装置包括电动修复系统和pH控制系统，其中，电动修复系统包括电动修复电解槽、阳离子交换系统、阴离子交换系统以及位于该电动修复电解槽两端的阴极电解池和阳极电解池；该电动修复电解槽包括靠近阳极侧的离子强化迁移槽和靠近阴极侧的活性炭；该离子强化迁移槽的两侧面及底面为多孔隔板，底面的多孔隔板上铺有滤纸，滤纸上铺有待处理的富含重金属的污泥；pH控制系统包括pH控制电解槽、阳离子交换系统、阴离子交换系统以及位于该pH控制电解槽两端的阳极电解池和阴极电解池。
其中，所述电动修复系统的阴极电解池的输入口通过蠕动泵与pH控制系统的阳极电解池相连，所述电动修复系统的阳极电解池的输入口通过蠕动泵与pH控制系统的阴极电解池相连，所述电动修复系统的阴极电解液从输出口流入pH控制系统的阳极电解池，所述电动修复系统的阳极电解液从输出口流入pH控制系统的阴极电解池。
所述电动修复系统中的阳离子交换系统由带孔隔板、滤纸、阳离子交换膜、滤纸、带孔隔板组成；阴离子交换系统由带孔隔板、滤纸、带孔隔板组成。
所述pH控制系统中的阳离子交换系统由垫圈和阳离子交换膜组成；阴离子交换系统由垫圈和阴离子交换膜组成。
一种电动修复强化装置及利用该装置去除污泥中重金属的方法，包括以下步骤：
(1)污泥预处理：将湿污泥样品用0.5-3mol/L的硫酸预处理，得到含水率为70％-85％的污泥；
(2)装入电解槽：将预处理好的污泥分层放入电动修复电解槽的离子强化迁移槽中，压匀，靠近阴极侧装入活性炭，向阴极电解池和阳极电解池注入蒸馏水，静置12-36h至渗透平衡后将蒸馏水更换为电解液，阴极电解液为pH值为1-3的HNO3溶液，阳极电解液为pH值为1-3的柠檬酸；
(3)通电：在0.5-2V/cm的电势梯度下通电3-10天，阴极电解液pH值控制在2-4。
其中，所述步骤(1)中的预处理方法是在转速为200-300r/min下用磁力搅拌器搅拌0.5-1h。
本发明将活性炭吸附和离子强化迁移槽同时应用于电动修复中。一方面，活性炭吸附通过对金属离子的吸附作用，强化污泥中金属离子的水平迁移；另一方面，离子强化迁移槽依据污泥中金属离子处于电场和重力场中而设计，使得污泥孔隙溶液中的金属离子能通过离子强化迁移槽的底部多孔隔板，从底部溶液中迁移出去，它为污泥中金属离子的迁移多提供一种迁移途径。
本发明的优点在于：
本发明在采用电动修复方法进行污泥中重金属污染治理的过程中，将活性炭吸附和离子强化迁移槽同时引入电动修复处理污泥的技术中，解决由于金属离子在污泥中迁移困难的问题，提高污泥中重金属的电动修复率。
本发明无需加入螯合剂、表面活性剂等强化剂，具有绿色环保的特点。
附图说明
图1为本发明的电动修复强化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明的电动修复强化装置包括电动修复系统和pH控制系统。其中，电动修复系统包括电动修复电解槽及阴极电解池和阳极电解池，阴极电解池和阳极电解池设于电动修复电解槽的两端，弧形石墨电极5、6插入阴极电解池和阳极电解池，直流电源2和万用表1串联并分别和电极相连。电动修复电解槽与阴极电解池和阳极电解池之间分别设有阳离子交换系统11和阴离子交换系统12；该电动修复电解槽内设有离子强化迁移槽15和活性炭13，活性炭13靠近阴极侧，该离子强化迁移槽的两侧面及底面为多孔隔板，底面的多孔隔板上铺有滤纸，滤纸上铺有待处理的富含重金属的污泥；金属离子可以通过底部多孔隔板后，在底部多孔隔板下的溶液14中迁移至阴极电解池，因此离子强化迁移槽底部多孔设计为污泥中金属离子多提供一种迁移途径。
pH控制系统为电解液pH值控制的电化学装置，包括pH控制电解槽、阳离子交换系统18、阴离子交换系统19以及位于该pH控制电解槽两端的阳极电解池和阴极电解池，石墨电极片20、21插入阳极电解池和阴极电解池。
所述电动修复系统的阴极电解池的输入口9通过蠕动泵24与pH控制系统的阳极电解池的输出口26相连，所述电动修复系统的阳极电解池的输入口10通过蠕动泵25与pH控制系统的阴极电解池的输出口27相连，电动修复系统的阴极电解液的从输出口7经小孔22流入pH控制系统的阳极电解池，所述电动修复系统的阳极电解液的从输出口8经小孔23流入pH控制系统的阴极电解池。
在电动修复系统中，阳离子交换系统11由带孔隔板、滤纸、阳离子交换膜、滤纸、带孔隔板组成；阴离子交换系统12由带孔隔板、滤纸、带孔隔板组成。
在pH控制系统中，阳离子交换系统18由垫圈和阳离子交换膜组成；阴离子交换系统19由垫圈和阴离子交换膜组成。
电动修复系统及pH控制系统的阴极电解池及阳极电解池设有气体出口3、4、16、17。
本发明采用电动修复方法进行污泥中的重金属污染治理的过程中，将离子强化迁移槽和活性炭吸附引入正在修复的污泥中，由于电动修复过程中强化了污泥中金属离子的迁移，使的污泥中的重金属得到有效去除。其主要是根据污泥孔隙溶液中的金属离子同时还处在电场和重力场中，由牛顿力学受力分析可知，污泥中离子的迁移路线是抛物线；那么随着电动修复时间的延长，污泥孔隙溶液中的金属离子集中在靠近阴极侧的中下部。由于污泥的粘度大，污泥阳离子交换量(CEC)大等特性而严重影响了污泥孔隙溶液中金属离子的电迁移速度。如果电流密度小，污泥孔隙溶液中的金属离子浓度过大，更增加了金属离子在污泥表面吸附和离子交换的几率，阻碍了金属离子的迁移。因此，本发明将离子强化迁移槽和活性炭吸附同时应用于电动修复中，促进污泥中金属离子的迁移。
实施例1
(1)污泥预处理：九格法从湿污泥样品中取400g冶炼废水污泥，冶炼废水污泥中主要金属含量为Cu 5.01％、Ni 0.61％、Pb 0.68％、Cr 0.028％、Ca 8.56％。
(2)用浓度为2mol/L的硫酸预处理污泥，预处理方法是在转速为250/min下用磁力搅拌器搅拌0.5h，预处理污泥的含水率为80％，初始pH值为6。
(3)装入电解槽：将(1)中预处理好的污泥分层放入电动修复电解槽中间的长方形盒子中，压匀，电解槽的阴极侧装入活性炭。
(4)向阴极电解池和阳极电解池注入蒸馏水，静置24h至渗透平衡后将蒸馏水更换为电解液，阴极电解液和阳极电解液分别为0.01mol/LHNO3溶液和pH值为2.5的柠檬酸；
(5)通电：在1.3V/cm的电势梯度下通电5天，阴极电解液pH值控制在2～4；
(6)冶炼废水中的重金属在电动修复的作用下，从污泥中分离，进入到电解液中。与不采用离子强化迁移槽和活性炭吸附的电动修复相比，酸化污泥中Cu、Ni、Cr、Zn、Fe的电动去除率分别从23.32％、54.55％、14.29％、62.19％、16.15％提高到35.91％、82.62％、70.41％、86.12％、39.21％。
Claims (6)
1.一种电动修复强化装置，该装置包括电动修复系统和pH控制系统，其中，电动修复系统包括电动修复电解槽以及位于该电动修复电解槽两端的阴极电解池和阳极电解池；pH控制系统包括pH控制电解槽、阳离子交换系统、阴离子交换系统以及位于该pH控制电解槽两端的阳极电解池和阴极电解池，其特征在于，所述电动修复系统还包括阳离子交换系统、阴离子交换系统；所述电动修复电解槽包括靠近阳极侧的离子强化迁移槽和靠近阴极侧的活性炭；该离子强化迁移槽的两侧面及底面为多孔隔板，底面的多孔隔板上铺有滤纸，滤纸上铺有待处理的富含重金属的污泥。
2.根据权利要求1所述的电动修复强化装置，其特征在于，所述电动修复系统的阴极电解池的输入口通过蠕动泵与pH控制系统的阳极电解池相连，所述电动修复系统的阳极电解池的输入口通过蠕动泵与pH控制系统的阴极电解池相连，所述电动修复系统的阴极电解液从输出口流入pH控制系统的阳极电解池，所述电动修复系统的阳极电解液从输出口流入pH控制系统的阴极电解池。
3.根据权利要求1或2所述的电动修复强化装置，其特征在于，所述电动修复系统中的阳离子交换系统由带孔隔板、滤纸、阳离子交换膜、滤纸、带孔隔板组成；阴离子交换系统由带孔隔板、滤纸、带孔隔板组成。
4.根据权利要求1或2所述的电动修复强化装置，其特征在于，所述pH控制系统中的阳离子交换系统由垫圈和阳离子交换膜组成；阴离子交换系统由垫圈和阴离子交换膜组成。
5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的电动修复强化装置去除污泥中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)污泥预处理：将湿污泥样品用0.5-3mol/L的硫酸预处理，得到含水率为70％-85％的污泥；
(2)装入电解槽：将预处理好的污泥分层放入电动修复电解槽的离子强化迁移槽中，压匀，靠近阴极侧装入活性炭，向阴极电解池和阳极电解池注入蒸馏水，静置12-36h至渗透平衡后将蒸馏水更换为电解液，阴极电解液为pH值为1-3的HNO3溶液，阳极电解液为pH值为1-3的柠檬酸；
(3)通电：在0.5-2V/cm的电势梯度下通电3-10天，阴极电解液pH值控制在2-4。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预处理方法是在转速为200-300r/min下用磁力搅拌器搅拌0.5-1h。
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Effective date of registration: 20210402 Address after: 101407 No.11, Xingke East Street, Yanqi Economic and Technological Development Zone, Huairou District, Beijing Patentee after: Youyan resources and Environment Technology Research Institute (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing Patentee before: YOUYAN ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20200512 |