CN104275341B - 一种重金属污染沉积物的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染沉积物的处理方法，包括如下步骤：将污染沉积物用泥浆泵送入振动筛进行初步筛分，分离出粒径1mm以上的砂砾及沙粒，将脱水后砂砾及沙粒直接用作建材或填土材料；小于1mm的泥浆送入水力旋流器进一步分离，分离后大于50μm的泥砂排入板框压滤机脱水，可直接用作建材或填土材料；小于50μm的细泥浆送入配浆池，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选分离，分离后富集重金属的上浮泡沫经压滤、脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理；下沉的轻污染粘土及细砂粒经脱水后，直接送生活垃圾填埋场填埋处置。本发明可高效低成本地实现沉积物就地分级、分离、减容、减量处理及资源化利用，有效解决疏浚沉积物处理处置过程中所面临的处理量大，运输成本高等问题。

Description

一种重金属污染沉积物的处理方法

技术领域

本发明涉及一种针对重金属污染沉积物的修复方法，特别针对长期处于厌氧状态的重金属污染沉积物。

背景技术

随着工业化进程的推进，工业废水、废液和生活污水的排放，水体污染问题十分突出。重金属因具有毒性、不可降解性及生物富集效应，水体的重金属污染问题备受关注。我国相当一部分的河流沉积物受到重金属的污染，水体沉积物是重金属等污染物的主要贮存器，部分河流沉积物中Hg、Cd等易挥发性重金属污染严重。当环境条件发生变化时，沉积物中的重金属会再次进入水体，成为二次污染物。为彻底治理污染河流，通常对河湖沉积物进行疏浚，疏浚后的污染沉积物因其量大、污染物成分复杂、力学性质差、含水率高而处理困难。污染沉积物处理处置也成为困扰我国城市发展的重要环境问题。

目前国内外研究涉及到的以及实际处理过程中应用到的污染土壤／沉积物的修复技术主要包括：植物修复、电动力学修复、固化／稳定化、淋洗等。植物修复是一种利用植物及其共存的微生物体系有效清除环境中污染物的方法，植物修复具有安全和廉价的优点，该技术目前正处于研发中，尚未大规模应用。电动力学修复法是使污染物在电场作用下发生迁移达到去除污染物的目的，该方法可有效去除金属离子，但污染物溶解性和脱附能力限制其有效应用。固化／稳定化是通过外加药剂同污染物发生反应，生成难溶的物质，达到固定化沉积物的目的。淋洗法是在表面活性剂的辅助下通过淋洗液的解吸、螯合或溶解等化学作用，达到修复污染土壤的目的，适合快速修复受高浓度重金属和有机物污染的土壤，日本及欧美发达国家在20世纪90年代进行了工程应用，但该过程中表面活性剂的用量通常较高，达到土壤质量的0.5％～2％。上述技术大部分主要针对污染土壤修复开发的，沉积物具有含水率高，粘土、有机质含量高的特征，与土壤差异较大，不宜简单套用，更重要的是这些技术无法及时消纳大批量的疏浚沉积物。国内现有的污染沉积物处理方法如垫地、填埋等，已经造成了严重的污染及资源浪费。所以，如何在环境友好的前提下、低成本地实现污染沉积物的修复利用是亟需解决的关键问题。

疏浚沉积物是泥沙和水的混和物，主要成分为泥土、砂砾、粘土或沙等，一般泥沙的粒级不均匀，重金属在沉积物中分布不仅与其矿物组成有关，还与其粒度有关。一般沉积物中砂砾、沙粒的粒径较大，颗粒因其表面相对光滑，吸附重金属的能力相对较小；泥土、粘土的粒径相对较小，比表面越大，而且吸附能力越强，往往富集大部分重金属。同时，沉积物中有机物在河道厌氧下容易分解产生的S^2-能与Cu和Pb等重金属离子形成溶解度很小的硫代矿物。根据文献，沉积物中重金属主要出现平均粒径＜45μm的颗粒上。因此，基于疏浚沉积物中重金属的分布特性及存在形式，有必要寻找一种高效率、低成本、使用方便的分离技术将疏浚泥中泥沙进行分离，达到将不同污染程度的污染物按照不同的方式处理处置，实现沉积物的分级、分离、减容、减量处理及资源化利用。

水力旋流器是一种应用广泛的液体非均相混合物的分离设备，它可完成固体颗粒的分级与分选、液体的澄清、料浆的浓缩、固体颗粒的洗涤、液相除砂等作业。水力旋流器利用离心力分离不同密度混合物的高效分离设备，具有结构简单、设备投资少、运行成本低、安装与操作方便、体积小、处理能力大、占用空间小等优点，水力旋流器内产生较高剪切力，可有效地破坏颗粒间的团聚，有利于固相颗粒的分级与洗涤。水力旋流迄今已经在矿物加工、化工、石油、轻工及环保等众多工业部门得到了广泛应用。

泡沫浮选技术是20世纪初发现的一种新型分离技术，具有设备简单、运行成本低、操作连续、不需高温高压的特点，对分离低浓度组分有独特的优势。泡沫浮选尤其适合50μm以下细颗粒物质的分离处理。同时，根据土壤浮选的经验，浮选所需表面活性剂的剂量比土壤淋洗所需剂量低至少一个数量级。泡沫浮选法最初用于选矿，近年来，泡沫浮选技术已成功应用于有机污染土壤净化及溶液中重金属离子的富集。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种重金属污染沉积物的处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)泥砂粗筛分：将污染沉积物用泥浆泵送入振动筛进行初步筛分，分离出粒径1mm以上的砂砾及沙粒，将脱水后砂砾及沙粒直接用作建材或填土材料，脱出的水直接回用振动筛，小于1mm的泥浆送入水力旋流器；(2)水力旋流进一步分离泥砂：步骤(1)中小于1mm泥浆经水力旋流器分离后，大于50μm的泥砂排入板框压滤机脱水，可直接用作建材或填土材料，脱出的水直接回用振动筛，小于50μm的细泥浆送入浮选柱；(3)浮选分离：步骤(2)中小于50μm的细泥浆送入配浆池，同时在配浆池中加入捕收剂、起泡剂和无机酸，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选分离，分离后富集重金属的上浮泡沫经压滤、脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，下沉的轻污染粘土及细砂粒经脱水后，直接送生活垃圾填埋场填埋处置，同时脱出的水送入配剂池回用。

所述的捕捉剂是柴油、煤油、乙基磺酸钾中的一种或几种所组成的混合物，其质量为所述沉积物干基质量的0.05％～0.8％。

所述起泡剂为松油、甲基异丁基甲醇中的任意一种，其质量为所述沉积物干基质量的005％～0.4％。

所述无机酸是盐酸、硝酸中的任一种，泥浆的pH值控制在4～6之间。

所述配浆池中泥浆的固液比为1∶20～1∶5。

本发明具有的优点和积极效果是：经预筛分后的砂砾、沙粒等大颗粒沉积物及浮选后剩下需进一步异位处置的残泥体积和毒性大幅度减小，可直接用于建材、填土材料或直接填埋，达到废物减量化、资源化利用的目的；浮选后富集重金属的上浮泡沫脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，实现挥发性重金属在布袋飞灰中的浓集及回收。该发明就地实现沉积物的减量化处理，不但减少疏浚沉积物的处理量，而且处理处置的针对性更强，可有效解决疏浚沉积物处理处置过程中所面临的处理量大，运输成本高等问题。同时，该方法设备简单，处理能力大，投资少，能耗小，运行费用低，并且操作方便、可控性强，极大地降低了沉积物的处理处置成本。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

图1是实现本发明实施例的处理***示意图。

本发明的原理是基于重金属在厌氧沉积物中呈硫化态且易在细颗粒富集的特性，重金属硫化物本身表面是疏水的，同时细颗粒沉积物具有较大的比表面积、产率较低、比重较轻，在浮选过程中优先与气泡结合而上浮，从而可通过浮选实现重金属污染物成从沉积物中分离。

实施例1：

在某重金属污染河道取沉积物500kg，对该沉积物200μm以下的颗粒进行分析，该沉积物重金属含量随粒度分布见表1。从表可以看出，绝大大部分重金属富集在＜50μm的细颗粒沉积物上。将该沉积物用实验室振动筛进行初步筛分，分离出粒径＞1mm的砂砾及沙粒脱水后可直接用作建材或填土材料，＜1mm的泥浆送入实验室小型水力旋流器进一步分离，＞50μm的泥砂筛除后可直接用作建材或填土材料，剩下＜50μm的细颗粒沉积物仅相当于原始沉积物质量的1／9左右。

表1沉积物中重金属含量随粒度分布

粒度	质量分布	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr
							100～200μm	17.82％	68.88	58.13	325.90	1.29	120.14
50～100μm	9.31％	56.80	59.61	389.48	1.32	15431
							＜50μm	72.87％	695.4	494.57	3316.68	8.31	852.12
沉积物	100％	524.31	376.30	2511.22	6.42	656.73

按照固体废物毒性浸出方法-硫酸硝酸法(HJ／T299-2007)对＜50μm的细颗粒沉积物进行毒性浸出，其结果见表2。称量100g的＜50μm的细颗粒沉积物与1L水送入配浆槽，在配浆槽中加入0.8g柴油、0.2g甲基异丁基甲醇，同时加入少量盐酸控制溶液pH=5，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选，分离后富集重金属的上浮泡沫可脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，对浮选分离后下沉的轻污染粘土及细砂粒中重金属进行分析，并计算重金属回收率，其结果见表2，将干燥后的轻污染粘土及细砂粒按醋酸缓存溶液法(HJ／T300-2007)测量浸出液中重金属浓度，浸出液中危害浓度低于GB16889-2008中重金属污染物浓度限值，上述数据表明轻污染粘土及细砂粒可直接进生活垃圾填埋场填埋。

表2实施例1中＜50μm细颗粒沉积物浸出毒性、浮选后重金属回收率及下沉物浸出浓度

实施例2：

采用的沉积物与实施例1相同，并对其进行同样的预筛分。按照固体废物毒性浸出方法-硫酸硝酸法(HJ／T299-2007)对＜50μm的细颗粒沉积物进行毒性浸出，其结果见表3。称量100g的＜50μm的细颗粒沉积物与500mL水送入配浆槽，在配浆槽中加入0.05乙基磺酸钾、0.05g甲基异丁基甲醇，同时加入少量盐酸控制溶液pH=4，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选，分离后富集重金属的上浮泡沫可脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，对浮选分离后下沉的轻污染粘土及细砂粒中重金属进行分析，并计算重金属回收率，其结果见表3，将干燥后的轻污染粘土及细砂粒按醋酸缓存溶液法(HJ／T300-2007)测量浸出液中重金属浓度，浸出液中危害浓度低于GB16889-2008中重金属污染物浓度限值，上述数据表明轻污染粘土及细砂粒可直接进生活垃圾填埋场填埋。

表3实施例2中＜50μm细颗粒沉积物浸出毒性、浮选后重金属回收率及下沉物浸出浓度

实施例4：

采用的沉积物与实施例1相同，并对其进行同样的预筛分。按照固体废物毒性浸出方法-硫酸硝酸法(HJ／T299-2007)对＜50μm的细颗粒沉积物进行毒性浸出，其结果见表2。称量100g的＜50μm的细颗粒沉积物与2L水送入配浆槽在配浆槽中加入0.4g煤油与乙基磺酸钾的混合物(质量比1∶1)、0.4g松油，同时加入少量盐酸控制溶液pH=6，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选，分离后富集重金属的上浮泡沫可脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，对浮选分离后下沉的轻污染粘土及细砂粒中重金属进行分析，并计算重金属回收率，其结果见表4，将干燥后的轻污染粘土及细砂粒按醋酸缓存溶液法(HJ／T300-2007)测量浸出液中重金属浓度，浸出液中危害浓度低于GB16889-2008中重金属污染物浓度限值，上述数据表明轻污染粘土及细砂粒可直接进生活垃圾填埋场填埋。

表4实施例3中＜50μm细颗粒沉积物浸出毒性、浮选后重金属回收率及下沉物浸出浓度

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种重金属污染沉积物的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)泥砂粗筛分：将重金属污染沉积物用泥浆泵送入振动筛进行初步筛分，分离出粒径1mm以上的砂砾及沙粒，将脱水后的砂砾及沙粒直接用作建材或填土材料，脱出的水直接回用振动筛，小于1mm的泥浆送入水力旋流器；

(2)水力旋流进一步分离泥砂：步骤(1)中小于1mm的泥浆经水力旋流器分离后，大于50μm的泥砂排入板框压滤机脱水，脱水后的泥砂可直接用作建材或填土材料，脱出的水直接回用振动筛，小于50μm的细泥浆送入配浆池；

(3)浮选分离：步骤(2)中小于50μm的细泥浆送入配浆池，同时在配浆池中加入捕收剂、起泡剂和无机酸，配制好的泥浆送入浮选柱进行浮选分离，分离后富集重金属的上浮泡沫经压滤、脱水后送垃圾焚烧厂或冶炼厂处理，下沉的轻污染粘土及细砂粒经脱水后，直接送生活垃圾填埋场填埋处置，同时脱出的水送入配浆池回用，所述的捕收剂是柴油、煤油、乙基磺酸钾中的一种或几种所组成的混合物，其质量为所述重金属污染沉积物干基质量的0.05％～0.8％；所述起泡剂为松油、甲基异丁基甲醇中的任意一种，其质量为所述重金属污染沉积物干基质量的0.05％～0.4％。

2.根据权利要求1所述的一种重金属污染沉积物的修复方法，其特征在于，步骤(3)中所述无机酸是盐酸、硝酸中的任一种，泥浆的pH值控制在4～6之间。

3.根据权利要求1所述的一种重金属污染沉积物的修复方法，其特征在于，步骤(3)所述配浆池中泥浆的固液比为1∶20～1∶5。