CN112551633A - 一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,包括如下步骤:步骤1,将1~6mol/L的硫化钠溶液与焚烧飞灰以液固比为(1~3)mL:1g的比例混合均匀,得到混合体系;步骤2,将混合体系在100~200℃下进行加热处理,得到含有沸石的反应液,将所述反应液中的沸石进行分离后干燥,得到沸石;步骤3,将沸石浸泡在pH值为4~8且含有重金属的废水中,在室温条件下进行恒温振荡吸附,直至吸附平衡,将吸附完成的沸石和吸附后的废水分离,完成对废水中重金属的去除,处理废水量大,在固化焚烧飞灰中的重金属离子的同时,可将废水净化到排放水标准,达到以废治废的目的。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物治理及废水中重金属脱除领域,具体为一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法。
背景技术
我国城市生活垃圾、工业垃圾等固体废弃物的产量及堆积量逐年上升,焚烧法成为上述垃圾处理的主要方式之一,这些垃圾在垃圾焚烧炉中焚烧后会形成三部分,分别为炉渣、飞灰以及废气,而飞灰就是经废气带出后,被除尘器捕捉的固体废弃物。飞灰中含有大量的Al2O3、SiO2、Na2O、Cl-,还有少量的危险废弃物,如二噁英,汞、铅、镉等多种类的重金属离子,垃圾焚烧所产生的飞灰的处置方式有安全填埋法、固化稳定化法、重金属提取法等。此外,工业废水、生活废水的处理也成为现代化加剧后亟待解决的问题,加之水资源匮乏,水体污染程度加深,都给废水处理提出了更高要求。
现有的方法中,一般在氮气环境下通过加碱共熔热处理来加速硅铝的溶解,同时将重金属在方钠石组装的过程中进行封装以固定重金属离子。但是加碱共熔热处理需要较高的加热温度,增加了热处理过程的能耗,氮气环境下加热也增加了处理成本。
焚烧飞灰可以通过添加粉煤灰以及废玻璃制备新型的保温材料。焚烧飞灰中含有一定量的硅元素、铝元素等,除了在建筑材料有利用价值外,在制备沸石这样的吸附材料方面也有很大的利用价值。沸石本身具有比表面积大、多孔的优点,可以作为吸附材料净化含有重金属离子的废液。同时,沸石的吸附具有选择性,而且具有耐酸、耐高温、耐辐射的性能,可以很好地用于吸附工业废水中的重金属离子,也可用于吸附农业废水中的氨离子。因此如何对焚烧飞灰进行资源化处理,进而吸附废水中重金属是亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,处理废水量大,在固化焚烧飞灰中的重金属离子的同时,可将废水净化到排放水标准,达到以废治废的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,包括如下步骤:
步骤1,将1~6mol/L的硫化钠溶液与焚烧飞灰以液固比为(1~3)mL:1g的比例混合均匀,得到混合体系;
步骤2,将混合体系在100~200℃下进行加热处理,得到含有沸石的反应液,将所述反应液中的沸石进行分离后干燥,得到沸石;
步骤3,将沸石浸泡在pH值为4~8且含有重金属的废水中,在室温条件下进行恒温振荡吸附,直至吸附平衡,将吸附完成的沸石和吸附后的废水分离,完成对废水中重金属的去除。
优选的,步骤1中所述的焚烧飞灰为烘干处理后的焚烧飞灰,烘干温度为100~110℃,烘干时间为1~6h。
优选的,步骤1中所述的焚烧飞灰为生活垃圾焚烧飞灰和医疗废弃物焚烧飞灰中的一种或两种。
优选的,步骤1将所述的硫化钠溶液与焚烧飞灰在30~60r/min的转速下搅拌2~10min。
优选的,步骤2通过微波对混合体系进行加热处理,微波功率为800~1200W,加热时间为10~20min。
优选的,步骤3用氢氧化钠溶液或稀硝酸调节含有重金属的废水的pH值至4~8。
优选的,步骤3中所述废水与沸石的液固比为3~12ml/g。
优选的,步骤3中所述的振荡为水平往复式振荡或回旋震荡。
优选的,步骤3中的沸石在所述的废水中的振荡速率为100~220r/min,吸附时间为50~200min。
优选的,步骤3将吸附完成的沸石用浓度为0.5~3mol/L的氯化钠溶液进行清洗,之后对氯化钠处理后的沸石进行过滤,然后将过滤得到的沸石在55~65℃下烘干后继续按照步骤3循环利用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,以价格低廉的硫化钠为添加剂,将焚烧飞灰与硫化钠溶液混合制取多孔结构的沸石,硫化钠溶液中的S2-与焚烧飞灰中的一部分重金属离子(如Cd3+、Pd2+、Cr3+、Hg2+等)发生反应,以硫化物沉淀的形式固化焚烧飞灰中的一部分重金属离子,相比于传统的添加剂,如氢氧化钠,成本更低,合成的沸石对焚烧飞灰中的重金属进行进一步的固化,沸石的多孔结构在pH值为4~8的条件下选择性吸附废水中的重金属和杂质,主要是通过沸石的吸附-离子交换作用吸附废水中的重金属离子,如Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+,将废水净化到可排放水的标准,该方法以以废治废的环保理念为指导,将焚烧飞灰资源化再利用,实现了重金属废水的净化处理,处理速度快,适用范围广,具有良好的应用前景;同时,无需对焚烧飞灰进行水洗,节约了水资源,提高了资源化利用率。
进一步的,在微波辅助加热的作用下,加热速度快,受热均匀,沸石的合成速度快,同时促进S2-与焚烧飞灰中重金属离子的反应,提高了沸石的结晶速度和孔隙率,得到的沸石吸附能力更强。
进一步的,吸附饱和的沸石在经过缓释处理后吸附能力仍处于较高的范围,可以重复利用,降低了处理成本,提高了资源利用率,废水达到排放水标准后直接排放。
附图说明
图1为本发明所述方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实例对本发明做出进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤(1),将焚烧飞灰进行烘干处理;
烘干温度为105±5℃,烘干时间1~6h。焚烧飞灰包括生活垃圾焚烧飞灰、医疗废弃物焚烧飞灰等固体废弃物焚烧飞灰中的一种或几种的混合物;
步骤(2),将硫化钠溶液与烘干后的焚烧飞灰以液固比为(1~3)mL:1g的比例混合并搅拌均匀;
硫化钠溶液的浓度可根据烘干后的焚烧飞灰中的Si/Al摩尔比进行调节,调节范围为1~6mol/L,以有利于沸石的合成;
硅铝比不同制得的沸石种类也不同,但都可以用于处理重金属废水,在转速为30~60r/min的搅拌机中搅拌2~10min;
步骤(3),将步骤(2)中搅拌均匀的混合物加入反应容器中进行微波加热,之后通过过滤和干燥从而制得多孔结构的沸石,提高了目标产物的结晶速度;其中,硫化钠与飞灰中的重金属发生反应,以硫化物沉淀的形式固化飞灰中的一部分重金属,微波辅助处理能够促进S2-与飞灰中重金属离子的反应,同时生成的沸石可以更好地固定飞灰中剩下的重金属离子;
微波功率为800~1200W,加热温度为100~200℃,加热时间为10~20min;
步骤(4),调节废水的pH值,根据所取废水的不同,检测废水的pH值,利用氢氧化钠或稀硝酸调节pH值为4~8,使沸石达到最佳吸附效果;然后以一定比例与步骤(3)中制备的沸石混合,恒温振荡吸附直至吸附平衡,将吸附完成的沸石和废水分离,完成对废水中重金属的去除;
沸石与废水混合的液固比根据不同废水中的重金属含量进行调整,调整范围为3~12ml/g。振荡方式采用水平往复式振荡或回旋震荡。振荡吸附的时间为50~200min,振荡速率为100~220r/min,室温条件下吸附;
步骤(5),吸附饱和的沸石经处理后可进行循环利用,或者将吸附饱和的沸石直接用作建造材料;
将吸附完成的沸石和废水进行固液分离,分离后的吸附饱和的沸石可用浓度为0.5~3mol/L的氯化钠溶液重复清洗过滤,然后将过滤后的沸石在60±5℃下烘干直至重量保持不变以重复回收利用。
实例1,
将生活垃圾焚烧飞灰在105℃温度下烘干4h,然后调节硫化钠溶液的浓度为6mol/L,将溶液与烘干后的生活垃圾焚烧飞灰以液固比为2mL:1g在转速为50r/min的搅拌机中搅拌5min。然后调节微波功率为1000W,将搅拌均匀的混合物在温度为125℃条件下微波加热10min,制取沸石。将浓度为100mol/L的含Ni2+实验室废水的pH值调为7,然后加入4ml/g的沸石,在室温条件下,以150r/min的振荡速率恒温水平往复式振荡120min,直至吸附平衡,然后将吸附完成的沸石与废水通过过滤分离,完成对废水中重金属的去除,吸附完成后废水中的Ni2+去除率为97.67%,吸附饱和的沸石经1mol/L的氯化钠溶液重复清洗后在60℃下烘干至恒定重量以循环利用,可利用6次。
实例2,
将医疗废弃物焚烧飞灰在110℃下烘干6h,然后调节硫化钠溶液的浓度为5mol/L,将硫化钠溶液与烘干后的医疗废弃物焚烧飞灰以3mL:1g的液固比在转速为40r/min的搅拌机中搅拌10min。调节微波功率为1200W,将搅拌均匀的混合物在温度为150℃条件下微波加热20min,制取沸石。将浓度为25mol/L的含Cr6+的电镀废水的pH值调节为7,然后在废水中加入3ml/g的沸石,在室温条件下,以180r/min的振荡速率恒温水平往复式振荡60min,直至吸附平衡,然后将吸附完成的沸石与废水通过沉降分离,完成对废水中重金属的去除,吸附完成后废水中的Cr6+去除率为95.37%,吸附饱和的沸石可用作建筑材料。
实例3,
将生活垃圾焚烧飞灰在110℃温度下烘干1h,然后调节硫化钠溶液的浓度为3mol/L,将硫化钠溶液与烘干后的生活垃圾焚烧飞灰以3mL:1g的液固比在转速为50r/min的搅拌机中搅拌8min。调节微波功率为1000W,将搅拌均匀的混合物在温度为125℃条件下微波加热20min,制取沸石。将浓度为1mol/L的含Hg2+电镀废水的pH值调为7,然后在废水中加入12ml/g的沸石,在室温条件下,以200r/min的振荡速率恒温水平往复式振荡60min,直至吸附平衡,然后将吸附完成的沸石与废水通过沉降分离,完成对废水中重金属的去除,吸附完成后废水中的Hg2+去除率为94.53%,吸附饱和的沸石可用作建筑材料。
实例4,
将医疗废弃物焚烧飞灰在110℃下烘干6h,然后调节硫化钠溶液的浓度为1mol/L,将硫化钠溶液与烘干后的医疗废弃物焚烧飞灰以1mL:1g的液固比在转速为60r/min的搅拌机中搅拌2min。调节微波功率为800W,将搅拌均匀的混合物在温度为100℃条件下微波加热18min,制取沸石。将浓度为25mol/L的含Cr6+的电镀废水的pH值调节为4,然后在废水中加入3ml/g的沸石,在室温条件下,以220r/min的振荡速率恒温回旋振荡50min,直至吸附平衡,然后将吸附完成的沸石与废水通过沉降分离,完成对废水中重金属的去除,吸附饱和的沸石经0.5mol/L的氯化钠溶液重复清洗后在55℃下烘干至恒定重量以循环利用。
实例5,
将生活垃圾焚烧飞灰在105℃温度下烘干4h,然后调节硫化钠溶液的浓度为6mol/L,将溶液与烘干后的生活垃圾焚烧飞灰以液固比为2mL:1g在转速为30r/min的搅拌机中搅拌5min。然后调节微波功率为1000W,将搅拌均匀的混合物在温度为200℃条件下微波加热10min,制取沸石。将浓度为100mol/L的含Ni2+实验室废水的pH值调为8,然后加入4ml/g的沸石,在室温条件下,以100r/min的振荡速率恒温水平往复式振荡200min,直至吸附平衡,然后将吸附完成的沸石与废水通过过滤分离,完成对废水中重金属的去除,吸附饱和的沸石经3mol/L的氯化钠溶液重复清洗后在65℃下烘干至恒定重量以循环利用。
Claims (10)
1.一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,将1~6mol/L的硫化钠溶液与焚烧飞灰以液固比为(1~3)mL:1g的比例混合均匀,得到混合体系;
步骤2,将混合体系在100~200℃下进行加热处理,得到含有沸石的反应液,将所述反应液中的沸石进行分离后干燥,得到沸石;
步骤3,将沸石浸泡在pH值为4~8且含有重金属的废水中,在室温条件下进行恒温振荡吸附,直至吸附平衡,将吸附完成的沸石和吸附后的废水分离,完成对废水中重金属的去除。
2.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤1中所述的焚烧飞灰为烘干处理后的焚烧飞灰,烘干温度为100~110℃,烘干时间为1~6h。
3.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤1中所述的焚烧飞灰为生活垃圾焚烧飞灰和医疗废弃物焚烧飞灰中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤1将所述的硫化钠溶液与焚烧飞灰在30~60r/min的转速下搅拌2~10min。
5.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤2通过微波对混合体系进行加热处理,微波功率为800~1200W,加热时间为10~20min。
6.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤3用氢氧化钠溶液或稀硝酸调节含有重金属的废水的pH值至4~8。
7.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤3中所述废水与沸石的液固比为3~12ml/g。
8.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤3中所述的振荡为水平往复式振荡或回旋震荡。
9.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤3中的沸石在所述的废水中的振荡速率为100~220r/min,吸附时间为50~200min。
10.根据权利要求1所述的一种对焚烧飞灰进行资源化处理吸附废水中重金属的方法,其特征在于,步骤3将吸附完成的沸石用浓度为0.5~3mol/L的氯化钠溶液进行清洗,之后对氯化钠处理后的沸石进行过滤,然后将过滤得到的沸石在55~65℃下烘干后继续按照步骤3循环利用。
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