本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及納米零價鐵去除污泥中重金屬的方法及其專用裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市化的不斷推進，市政污水的量也在逐年增加。在處理污水的同時也會產(chǎn)生大量的污泥，而污泥相對于污水來說更難處理。因為污泥中含有大量的致病菌、難降解有機物、重金屬等，目前污泥的處置方法主要有焚燒、填海、填埋、農(nóng)業(yè)利用等。

焚燒處理是高溫加熱污泥，使有機物轉(zhuǎn)化為無機物。焚燒后污泥體積將減少60％以上，且能起到滅菌的作用，但是焚燒處理污泥的設(shè)備投資、能耗、運行費都相當高，而且操作復雜，會產(chǎn)生廢氣、噪聲、熱輻射等環(huán)境污染問題，更嚴重的是該方法不完全燃燒時會產(chǎn)生有毒氣體因此該方法還不成熟，存在經(jīng)濟和技術(shù)上的困難；填海是指將污泥排入海，操作方法簡單、費用低、可操作量大、不需無毒無害化處理就可排放等優(yōu)點，但是該方法僅是空間上將污泥轉(zhuǎn)移并未對污泥做任何處理，且對海洋環(huán)境有著很大的污染；填埋具有費用低、簡單易行等特點，被各國普遍采用，但該方法也有著多種問題，如受土地面積限制且易發(fā)生滲濾液污染，目前各國都在減少污泥填埋在污泥處置方法中的比例，農(nóng)業(yè)利用時污泥中的重金屬會通過農(nóng)用進入土壤，滲入地下水、進植物、動物體內(nèi)富集。但如能去除污泥中的大量有機物是植物和微生物的良好生存環(huán)境，有很大的農(nóng)用價值。若能去除污泥中重金屬后再通過堆肥進行農(nóng)用，這樣將同時促進城市化和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，有著很好的研究前景。

污泥中重金屬不可降解，會通過食物鏈的傳導對人體產(chǎn)生危害和破壞生態(tài)環(huán)境。污泥農(nóng)用實踐中，雖然國家給予污泥肥料財政補貼，但是由于污泥肥料或復合肥料存在生態(tài)風險，一直不能被市場認可，大規(guī)模應用市場機制無法建立。因此，在污泥土地利用前必須對污泥中重金屬進行調(diào)控，且現(xiàn)如今將納米技術(shù)應用于污泥處理的研究較少，但納米技術(shù)在去除水、大氣環(huán)境中的重金屬的探究已日趨成熟，因此我們有理由相信納米零價鐵應用于污泥中重金屬的去除有美好前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供納米零價鐵去除污泥中重金屬的方法及其專用裝置，將超聲波應用于反應過程，大大減少反應時間，提升處理效率，而且能有效去除污泥中重金屬污染。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

納米零價鐵去除污泥中重金屬的專用裝置，包括第一反應器和第二反應器，第一反應器經(jīng)由污泥泵與第二反應器相連通，經(jīng)第一反應器預處理后的污泥由污泥泵轉(zhuǎn)移至第二反應器內(nèi)；在所述的第一反應器和第二反應器的中部均設(shè)置攪拌器；在所述的第一反應器的底部設(shè)置超聲波振子；在所述的第二反應器的底部設(shè)有配合使用的磁鐵和重金屬回收口，第二反應器經(jīng)由另一污泥泵與泥水離心分離裝置相連。

在所述的第一反應器中盛放泥水混合物和納米零價鐵，泥水混合物由設(shè)置在第一反應器上的污泥進口進入。

所述的超聲波振子與外設(shè)的超聲波反應器相連，在超聲波和攪拌器雙重作用下，對泥水混合物進行預處理。

所述的第二反應器的底部為倒錐形，該倒錐形縮口的底部為重金屬回收口。

在所述的第二反應器底部的倒錐形的內(nèi)壁上設(shè)有磁鐵，在第二反應器中的攪拌器的作用下，混合液中的納米零價鐵不斷被磁鐵吸附。

采用所述的納米零價鐵去除污泥中重金屬的專用裝置去除污泥中重金屬方法，包括如下步驟：

步驟1)污泥由污泥進口進入第一反應器(進行預處理，根據(jù)污泥性質(zhì)調(diào)節(jié)使加入浸提劑后污泥含水率為90％以上，通過攪拌器和超聲波振子預處理后得到預處理混合液；其中攪拌器能打散污泥中的污泥團，使得浸提劑均勻分布，在超聲波作用下，促使顆粒上結(jié)合的重金屬由粗顆粒向細顆粒以及由細顆粒向溶液的遷移；

步驟2)在第一反應器中，向上述預處理混合液中加入納米零價鐵，每100g污泥投加0.1-1g的納米零價鐵，攪拌器和超聲波反應器同時作用后，納米零價鐵與混合液中污泥完全混合充分接觸，關(guān)閉攪拌器，超聲波反應后得到處理后的混合液；

步驟3)上述第一反應器中處理后的混合液經(jīng)由污泥泵轉(zhuǎn)移至第二反應器內(nèi)，在第二反應器內(nèi)攪拌器的不斷攪拌作用下由混合液中納米零價鐵不斷被磁鐵吸附，將納米零價鐵從處理后的混合液中分離出來，重金屬則被納米零價鐵吸附也從污泥中分離出來，納米零價鐵進入重金屬回收口；剩余的污泥則再經(jīng)由另一污泥泵進入泥水離心分離裝置，脫水后液體作為浸提液回收利用；由于浸提劑的酸化作用，污泥需要添加堿中和，后作為肥料農(nóng)用。

步驟1)中，所述的超聲波反應器的超聲頻率為25-60KHz，通過攪拌器和超聲波振子預處理的時間為10-20min。

步驟2)中，所述的攪拌器和超聲波反應器同時作用的時間為10-30min；關(guān)閉攪拌器后，超聲波反應時間為1-5h。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的納米零價鐵去除污泥中重金屬的專用裝置，將預處理階段和反應階段共同應用于第一反應器，最后浸提劑分離回用，減少污染的同時降低成本；本發(fā)明的納米零價鐵去除污泥中重金屬的方法，不僅將超聲波應用于反應過程，大大減少反應時間，提升處理效率，而且能有效去除污泥中重金屬污染，從根本上消除污泥中重金屬帶來的風險問題，推動污泥大規(guī)模農(nóng)用，變廢為寶的同時推動環(huán)境和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

附圖說明

圖1是納米零價鐵去除污泥中重金屬專用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示，納米零價鐵去除污泥中重金屬的專用裝置，包括第一反應器11和第二反應器12，在第一反應器11中盛放泥水混合物4和納米零價鐵7，泥水混合物4由設(shè)置在第一反應器11的污泥進口1進入，在第一反應器11的中部設(shè)置攪拌器5，用于攪拌泥水混合物4，在第一反應器11的底部設(shè)置超聲波振子2，超聲波振子2與外設(shè)的超聲波反應器3相連，在超聲波和攪拌器雙重作用下，對泥水混合物4進行預處理。

第一反應器11經(jīng)由污泥泵6與第二反應器12相連通，經(jīng)第一反應器11預處理后的污泥由污泥泵6轉(zhuǎn)移至第二反應器12內(nèi)，在第二反應器12的中部設(shè)置攪拌器5，第二反應器12的底部為倒錐形，該倒錐形縮口的底部為重金屬回收口9，在第二反應器12底部的倒錐形的內(nèi)壁上設(shè)有磁鐵8，第二反應器12在攪拌器5的作用下，混合液中的納米零價鐵7不斷被磁鐵8吸附，第二反應器12經(jīng)由另一污泥泵6與泥水離心分離裝置10相連。

納米零價鐵去除污泥中重金屬的方法，包括如下步驟：

步驟1)污泥由污泥進口1進入第一反應器11進行預處理，根據(jù)污泥性質(zhì)調(diào)節(jié)使加入浸提劑2％鹽酸溶液，后污泥含水率為90％以上，通過攪拌器5和超聲波振子2預處理10-20min得到預處理混合液；超聲波反應器3的超聲頻率為在25-60KHz之間，其中攪拌器5能打散污泥中的污泥團，使得浸提劑均勻分布，在超聲波作用下，促使顆粒上結(jié)合的重金屬由粗顆粒向細顆粒以及由細顆粒向溶液的遷移；

步驟2)在第一反應器11中，向上述預處理混合液中加入納米零價鐵7，每100g污泥投加0.1-1g的納米零價鐵7，攪拌和超聲波同時作用10-30min后，納米零價鐵7與混合液中污泥完全混合充分接觸，關(guān)閉攪拌器5，超聲波反應1-5h后得到處理后的混合液；

步驟3)上述第一反應器11中處理后的混合液經(jīng)由污泥泵6轉(zhuǎn)移至第二反應器12內(nèi)，在第二反應器12內(nèi)攪拌器5的不斷攪拌作用下由混合液中納米零價鐵7不斷被磁鐵8吸附，此時即可將納米零價鐵7從處理后的混合液中分離出來，而重金屬則被納米零價鐵7吸附也從污泥中分離出來，納米零價鐵7進入重金屬回收口9，污泥則再經(jīng)由另一污泥泵6進入泥水離心分離裝置10，脫水后液體可以作為浸提液回收利用；由于浸提劑的酸化作用，污泥需要添加堿中和，后作為肥料農(nóng)用。

可根據(jù)污水處理廠污泥的產(chǎn)生量來設(shè)計反應器尺寸和納米零價鐵7的投加量。此裝置大約2.5h為一個運行周期，同時此裝置具有可以持續(xù)運行使用，污泥進樣可以使用電腦操作，減少工人工作量等優(yōu)點。

應用實例1

取污水處理廠污泥36Kg，其含水率約為82％左右，分為12份每份3Kg，12份分為4組每組3份，分別都加入800ml浸提劑為2％鹽酸的鹽酸溶液。通過攪拌器5和超聲波振子2預處理10min得到預處理混合液；超聲波反應器3的超聲頻率為在30KHz，分別都加入7納米零價鐵10g，攪拌和超聲波同時作用反應20min后，納米零價鐵7與混合液中污泥完全混合充分接觸，關(guān)閉攪拌器5，超聲波反應各個組分別反應1、2、3、5h后得到處理后的混合液，測定得重金屬的回收量在1、2h后增長較大，而3h和5h的重金屬回收量和2h重金屬回收量基本保持不變。則可以得出在處理時間2小時效果最佳。繼續(xù)反應效果不明顯且耗能較大。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。