一种含镉污泥的处理方法

1.本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种含镉污泥的处理方法，尤其是榨菜生产过程中产生的含镉污泥的处理方法。


背景技术：

2.随着三峡库区经济的快速发展，其支柱产业榨菜的生产规模也越来越大。榨菜废水是指食品榨菜加工过程的腌制废水，是榨菜生产过程的副产物。在榨菜生产过程中每年要向三峡库区排放约500万立方米的未经处理的榨菜废水，以及高镉含量的污泥，对三峡库区水环境形成严重威胁。
3.目前处理污泥中过量镉的方式主要有以下几种：
4.一、化学沉淀法
5.对于镉污染来说，可以添加硫酸钡、氢氧化钠等沉淀剂，使镉形成沉淀物从而达到净化的目的。但是化学沉淀法可能会在处理过程中产生具有毒性的沉淀物，需要进行妥善处理，否则可能对环境造成二次污染。而且此方法的处理效果受到污染程度、沉淀剂类型和投加量等因素影响，可能无法达到理想的处理效果。
6.二、生物修复法
7.可以种植一些具有富集镉能力的植物，如菜豆、油菜等，这些植物能够从污泥中吸收镉并在植物体内富集；或利用某些微生物如硫化细菌将镉转化为不活性的形式，降低其对生态系统的危害。但是这种修复方式相对于其他物理或化学处理方法的修复时间更长，可能需要数月甚至数年的时间才能达到理想的修复效果，而且生物修复法的效果受到气候、污染物浓度等因素影响，不同的环境条件可能会影响生物生长和修复效果。
8.三、吸附法
9.采用吸附剂比如活性炭虽然能够吸附污泥中的镉，但是活性炭的物理吸附是可逆过程。这个可逆过程是微观现象，即每时每刻，活性炭既在吸附物质，同时也在脱附。当吸附速度大于脱附速度时，表现为宏观上的吸附；两者相当时，即为活性炭饱和；脱附速度大于吸附，宏观上表现为脱附。因此采用吸附法对污泥中的镉进行处理，存在镉脱附的可能，使得镉溶出，无法达到理想的处理效果。
10.因此，使用化学沉淀法、生物修复法、吸附法等方法来处理高镉含量的污泥难以规模化应用，无法达到理想的处理效果。


技术实现要素：

11.为了解决上述问题，提出本发明。
12.本发明利用了硅藻土经过碱处理后，形成的硅羟基对于镉独特的吸附性，同时又基于矿物结晶作用原理，提出了一种含镉污泥的处理方法。
13.本发明提供了一种含镉污泥的处理方法，包括以下步骤：
14.(1)将硅藻土置于碱性溶液中形成悬浊液，充分搅拌，使硅藻土与碱性溶液进行反
应。
15.(2)向步骤(1)的体系中加入含镉污泥，继续搅拌，固液分离，获得固体产物。
16.(3)将步骤(2)得到的固体产物加热煅烧，得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
17.优选地，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种。
18.优选地，所述碱性溶液的浓度为0.2mol/l～1.2mol/l。
19.优选地，所述碱性溶液的加入量以硅藻土的质量与碱性溶液的体积的比值计为：1g/15ml～1g/35ml。
20.优选地，所述硅藻土的硅藻蛋白石含量为65％-75％。
21.优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为6-24h。
22.优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为8-12h。
23.优选地，步骤(3)所述加热煅烧的温度为100-500℃，加热时间为4-10h。
24.优选地，所述硅藻土与含镉污泥的加入量以质量比计为1:5。
25.优选地，所述含镉污泥为榨菜生产过程中产生的含镉污泥。
26.本发明的原理：
27.本发明的原理在于，首先硅藻土经过碱处理后，形成大量的硅羟基和无定形二氧化硅。硅藻土矿物中，还有一些杂质在硅藻土的孔道中，碱处理后可以降低杂质，达到硅藻土扩孔的作用。碱处理后可以增加硅藻土表面si-oh的数量，加入含镉污泥后，硅藻土表面的si-oh将镉吸附在硅藻土的表面，从而达到对含镉污泥中的镉有更好的吸附效果。然后固液分离，得到固体产物。最后，在加热煅烧的条件下，无定形二氧化硅逐渐结晶成为晶体，将吸附在硅藻土表面的镉封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，使镉难以溶出进入水体和作物体内，造成危害。
28.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
29.1、本发明意外地发现，将硅藻土进行碱处理以后，对含镉污泥中的镉具有更好的吸附效果，通过碱处理硅藻土矿物处理污泥发现，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使含水量为30％的100kg含镉污泥中镉含量降低高达85％。而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将镉含量降低10％。可以看出，直接将硅藻土加入污泥中也可以达到吸附污泥中镉的目的，但是硅藻土的吸附能力有限。另外，镉仅仅是从污泥中转移到了硅藻土中，吸附在硅藻土的表面，镉仍然对环境具有危害。更值得一提的是，本发明实现了镉在硅藻土矿物晶体中的封存，通过硅藻土矿物的结晶，将镉封存在逐渐结晶的硅藻土矿物晶体的晶格内，使镉难以溶出进入水体和作物体内，造成危害。
30.2、本发明的含镉污泥的处理方法操作简单，成本低，非常适合工业化实施。
附图说明
31.图1为碱处理硅藻土吸附镉后的电镜图。
32.图2为碱处理硅藻土吸附镉后的si元素分布图。
33.图3为碱处理硅藻土吸附镉后的镉元素分布图。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的保护范围。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。
35.硅藻土是一种天然的多孔硅矿物集合体，主要由硅藻蛋白石(多孔二氧化硅)和极少量的粘土矿物、石英等矿物组成，含硅藻蛋白石量一般大于65％，有些矿样中甚至高于90％。
36.需要说明的是，可以选用不同产地或不同厂家的硅藻土作为原料，本实施例中的硅藻土的来源地为四川米易。
37.实施例1
38.将20kg硅藻土(四川米易硅藻土矿物，硅藻蛋白石含量约75％)置于0.2mol/l氢氧化钠溶液500l中形成悬浊液，充分搅拌12h后，将含水量为30％的100kg含镉污泥加入该体系，继续搅拌12h，固液分离，获得固体产物，取所获得的固体产物50g经扫描电镜和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为15～25μm。然后将得到的固体产物在500℃条件下加热煅烧10h，结晶，即得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
39.经测定，通过碱处理硅藻土矿物处理含镉污泥，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使100kg的含镉污泥中镉的含量降低76％(而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将镉的含量降低10％)。
40.取上述得到的加热煅烧以前的固体产物100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.028g/l。取上述得到的加热煅烧以后得到的硅藻土矿物晶体100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.003g/l。由此可见，由于镉被封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，相比仅仅是碱处理后镉吸附在硅藻土的表面，镉更难以溶出。
41.实施例2
42.将20kg硅藻土(四川米易硅藻土矿物，硅藻蛋白石含量约75％)置于1.2mol/l氢氧化钠溶液300l中形成悬浊液，充分搅拌24h后，将含水量为30％的100kg含镉污泥加入该体系，继续搅拌12h，固液分离，获得固体产物，取所获得的固体产物50g经扫描电镜和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为10～20μm。然后将得到的固体产物在400℃条件下加热煅烧8h，结晶，即得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
43.经测定，通过碱处理硅藻土矿物处理含镉污泥，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使100kg的含镉污泥中镉的含量降低85％(而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将镉的含量降低10％)。
44.取上述得到的加热煅烧以前的固体产物100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.018g/l。取上述得到的加热煅烧以后得到的硅藻土矿物晶体100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.001g/l。由此可见，由于镉被封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，相比仅仅是碱处理后镉吸附在硅藻土的表
面，镉更难以溶出。
45.实施例3
46.将20kg硅藻土(四川米易硅藻土矿物，硅藻蛋白石含量约75％)置于0.5mol/l氨水溶液500l中形成悬浊液，充分搅拌12h后，将含水量为30％的100kg含镉污泥加入该体系，继续搅拌12h，固液分离，获得固体产物，取所获得的固体产物50g经扫描电镜和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为15～30μm。然后将得到的固体产物在300℃条件下加热煅烧6h，结晶，即得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
47.经测定，通过碱处理硅藻土矿物处理含镉污泥，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使100kg的含镉污泥中镉的含量降低60％(而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将镉的含量降低10％)。
48.取上述得到的加热煅烧以前的固体产物100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.035g/l。取上述得到的加热煅烧以后得到的硅藻土矿物晶体100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.008g/l。由此可见，由于镉被封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，相比仅仅是碱处理后镉吸附在硅藻土的表面，镉更难以溶出。
49.实施例4
50.将20kg硅藻土(四川米易硅藻土矿物，硅藻蛋白石含量约75％)置于1.2mol/l碳酸钠溶液300l中形成悬浊液，充分搅拌6h后，将含水量为30％的100kg含镉污泥加入该体系，继续搅拌12h，固液分离，获得固体产物，取所获得的固体产物50g经扫描电镜和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为15～25μm。然后将得到的固体产物在200℃条件下加热煅烧4h，结晶，即得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
51.经测定，通过碱处理硅藻土矿物处理含镉污泥，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使100kg的含镉污泥中镉的含量降低75％(而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将镉的含量降低10％)。
52.取上述得到的加热煅烧以前的固体产物100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.029g/l。取上述得到的加热煅烧以后得到的硅藻土矿物晶体100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.004g/l。由此可见，由于镉被封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，相比仅仅是碱处理后镉吸附在硅藻土的表面，镉更难以溶出。
53.实施例5
54.将20kg硅藻土(四川米易硅藻土矿物，硅藻蛋白石含量约75％)置于0.8mol/l氢氧化钠和氢氧化钾的混合溶液700l中形成悬浊液，充分搅拌10h后，将含水量为30％的100kg含镉污泥加入该体系，继续搅拌12h，固液分离，获得固体产物，取所获得的固体产物50g经扫描电镜和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为10～25μm。然后将得到的固体产物在100℃条件下加热煅烧10h，结晶，即得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。
55.经测定，通过碱处理硅藻土矿物处理含镉污泥，仅在一天时间内，20kg的碱处理硅藻土可以使100kg的含镉污泥中镉的含量降低83％(而未经过碱处理的硅藻土矿物仅可将
镉的含量降低10％)。
56.取上述得到的加热煅烧以前的固体产物100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.024g/l。取上述得到的加热煅烧以后得到的硅藻土矿物晶体100g，加入500ml的0.1mol/l的稀硫酸，搅拌10min，将得到的溶液采用原子分光光度法对镉含量进行测定，镉含量为0.002g/l。由此可见，由于镉被封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，相比仅仅是碱处理后镉吸附在硅藻土的表面，镉更难以溶出。
57.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种含镉污泥的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅藻土置于碱性溶液中形成悬浊液，充分搅拌，使硅藻土与碱性溶液进行反应；(2)向步骤(1)的体系中加入含镉污泥，继续搅拌，固液分离，获得固体产物；(3)将步骤(2)得到的固体产物加热煅烧，得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液的浓度为0.2mol/l～1.2mol/l。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液的加入量以硅藻土的质量与碱性溶液的体积的比值计为：1g/15ml～1g/35ml。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅藻土的硅藻蛋白石含量为65％-75％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的时间为6-24h。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌的时间为8-12h。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述加热煅烧的温度为100-500℃，加热时间为4-10h。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅藻土与含镉污泥的加入量以质量比计为1:5。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含镉污泥为榨菜生产过程中产生的含镉污泥。

技术总结
本发明公开了一种含镉污泥的处理方法，首先将硅藻土置于碱性溶液中形成悬浊液，充分搅拌，使硅藻土与碱性溶液进行反应。然后加入含镉污泥，继续搅拌，固液分离，获得固体产物。最后将得到的固体产物加热煅烧，得到内部封存有镉的硅藻土矿物晶体。本发明的处理方法不仅对含镉污泥中的镉具有很好的吸附效果，还实现了镉在硅藻土矿物晶体中的封存，将镉封存在硅藻土矿物晶体的晶格内，使镉难以溶出进入水体和作物体内，造成危害。本发明含镉污泥的处理方法操作简单，成本低，非常适合工业化实施。非常适合工业化实施。非常适合工业化实施。


技术研发人员：张育新 张臣智 刘冬 王松 高立洪 毕茹 郑吉澎 李梦圆 张凯 刘晓英 饶劲松 宋丹 董攀 黄雄 余婷婷 代楠
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/22