阅读说明：本技术 一种去除污泥中的六价铬的处理剂及方法 (Treatment agent and method for removing hexavalent chromium in sludge ) 是由 王�琦 宋鹏 陈延昌 张京波 刘裕 刘明乐 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种去除污泥中的六价铬的处理剂及方法,该处理剂包括硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏以及碳酸盐,还包括辅助剂,例如硅烷偶联剂并且硅酸盐水泥熟、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏、碳酸盐及硅烷偶联剂的质量比为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5:0.1～0.4。上述组分均为容易获得的工业级物质,并且制备过程简单。利用上述处理剂去除污泥中的六价铬时,污泥中的六价铬取代或部分取代硅酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料硫反应产物中的酸根粒子SO<Sup>4-</Sup>,进入钙矾石晶格,形成含铬钙矾石C<Sub>3</Sub>A·3(CaSO<Sub>4</Sub>·CaCrO<Sub>4</Sub>)·32H<Sub>2</Sub>O及具有钙矾石结构的铬酸盐矿物C<Sub>3</Sub>A·3CaCrO<Sub>4</Sub>·32H<Sub>2</Sub>O,从而消除污泥中的六价铬的污染活性,实现环保的目的。养护后期间,污泥不断固化具有一定的强度,满足填埋要求。(The invention provides a treating agent and a method for removing hexavalent chromium in sludge, wherein the treating agent comprises portland cement clinker, aluminate cement clinker, fly ash, gypsum, carbonate and an auxiliary agent, such as a silane coupling agent, and the mass ratio of the portland cement clinker to the aluminate cement clinker to the fly ash to the gypsum to the carbonate to the silane coupling agent is 100: 20-120: 5-40: 4-8: 0.1-5: 0.1-0.4. The components are all easily available industrial grade materials, and the preparation process is simple. When the treating agent is used for removing hexavalent chromium in the sludge, the hexavalent chromium in the sludge is replaced or partially takenAcid radical particles SO in reaction product of sulfur of silicate cement clinker and aluminate cement clinker 4‑ Enters an ettringite lattice to form chromium-containing ettringite C 3 A·3(CaSO 4 ·CaCrO 4 )·32H 2 O and chromate mineral C with ettringite structure 3 A·3CaCrO 4 ·32H 2 O, thereby eliminating the pollution activity of hexavalent chromium in the sludge and realizing the purpose of environmental protection. During the period after curing, the sludge is continuously solidified and has certain strength, thereby meeting the landfill requirement.)

一种去除污泥中的六价铬的处理剂及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及污泥中六价铬的去除技术领域，更具体地涉及一种去除污泥中的六价铬的处理剂及方法。

背景技术

城市化进程的快速发展使得城市污水处理量逐年增加，污水处理过程中产生的污泥处置是无法回避的现实问题，尤其是含六价铬高水污泥(一般指含水率为～96％的污泥)。污泥具有固相粒度小、悬浮性好、含水率高、体积庞大、组分复杂等特点，同时污泥中还含有大量的有机质、大量病原菌、盐类以及六价铬等重金属。这些都是难以降解的有害物质，且伴有恶臭产生。这些不利因素给污泥的运输、贮存带来了诸多不便，尤其是污泥中的含六价铬在处理过程中会造成污染环境。目前，含六价铬高水污泥的处理处置已成为城市污水厂所面临的重大问题之一。

目前，液体中的六价铬的处理方法主要有药剂还原法、电解法和钡盐法。水泥等固体中的六价铬的处理主要是还原法。

含六价铬的污泥的处理方法研究和应用的主要是吸附法、还原法和硅酸盐水泥固化处理法。由于污泥处理量大、成分复杂，因此现有的处理方法存在吸附体或吸附剂处理困难等问题。还原处理法在还原六价铬的同时会使污泥额外增加其他物质如硫酸根等，污泥再处理难度增加；硅酸盐水泥处理法利用其水化生成的钙矾石俘获六价铬，由六价铬取代硫形成矿物，但由于硅酸盐水泥中钙矾石量低，同时六价铬的俘获量受石膏掺量影响极大，在石膏饱和的条件下，钙矾石很难俘获六价铬，实际应用难度大。

综上，急需一种可稳定有效地去除污泥中的六价铬，同时能固化污泥的处理剂及处理方法。

发明内容

针对现有技术中污泥中六价铬的去除方面存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种去除六价铬的处理剂及处理方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种去除六价铬的处理剂，包括如下组分：硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏以及碳酸盐，所述组分的质量比为：硅酸盐水泥熟:铝酸盐水泥熟料:粉煤灰:石膏:碳酸盐为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5。

可选地，该处理剂还包括辅助剂，所述辅助剂为硅烷偶联剂，并且硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏、碳酸盐及硅烷偶联剂的质量比为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5:0.1～0.4。

可选地，所述硅酸盐水泥熟料的强度大于52.5MPa，粉煤灰符合GB/T1596要求，所述铝酸盐水泥熟料中氧化铝的含量≥50％，所述石膏中SO₃含量≥32％。

可选地，所述处理剂中的硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰及石膏为经粉磨后的粉末，并且所述粉末的比表面积不小于300m²/kg。

可选地，所述碳酸盐为碳酸铵、碳酸钠及碳酸钾中的任意一种。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种去除六价铬的方法，包括以下步骤：

向待处理的污泥中加入处理剂，所述处理剂为本发明提供的处理剂；

搅拌加入所述处理剂的所述污泥，使所述处理剂与所述污泥充分混合并发生反应，降低所述污泥中的水并去除所述污泥中的六价铬；

将反应后的所述污泥成型并养护，形成固化体；

将固化后的所述污泥进行填埋处理。

可选地，所述处理剂占所述污泥的重量百分比为5～40％。

可选地，步骤搅拌加入所述处理剂中，所述污泥的搅拌时间为3～6min。

可选地，步骤将反应后的所述待处理的污泥成型并在5℃以上的温度下自然养护，形成固化体中，所述养护的时间为1天～28天。

可选地，步骤将反应后的所述待污泥成型并养护，形成固化体还包括：

在水泥净浆成型模具中对反应后的所述污泥进行成型；

将所述污泥进行脱模，脱模后进行养护。

如上所述，本发明的去除六价铬的处理剂及方法具有如下技术效果：

本发明的处理剂包括硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏以及碳酸盐，通过合理的质量配比(100:20～120:5～40:4～8:0.1～5)得到去除六价铬的处理剂，上述组分均为容易获得的工业级物质，并且制备过程简单。另外，该处理剂中的硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰及石膏经粉磨后进行存储及运输，而碳酸盐和硅烷偶联剂分别进行存储。因此在降低该处理剂的制备、存储及运输成本的同时还能够保证处理剂中各组分的质量及活性。

上述处理剂还以硅烷偶联剂作为辅助剂，该辅助剂能够在六价铬去除过程中提高污泥的减容率，即污泥的体积减小率。

本发明的去除六价铬的方法采用上述处理剂，将处理剂直接加入到含水率～96％的高水污泥中进行搅拌，搅拌过程中处理剂与污泥发生反应，硅酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料中的主要成分C₃A、CA、C₃S、遇水，发生水化反应，形成Ca(OH)₂、C-S-H凝胶、C₃A·3CaSO₄·32H₂O、Al(OH)₃等矿物，污泥中的六价铬取代或部分取代硫酸根粒子SO^4-，进入钙矾石晶格，形成含铬钙矾石C₃A·3(CaSO₄·CaCrO₄)·32H₂O及具有钙矾石结构的铬酸盐矿物C₃A·3CaCrO₄·32H₂O，从而消除污泥中的六价铬的污染活性，实现环保的目的。

另外，在上述处理剂与污泥的反应过程中污泥中的含水率显著降低，有利于污泥的固化，而上述化学反应能够在短时间内大幅降低固化后的污泥中六价铬的溶出量，由此不仅能够使固化后的污泥的强度达到后续填埋的强度要求，还能够确保固化后的污泥中不会有六价铬的溶出量，确保填埋的固化后的污泥不会对环境造成为此污染。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1显示为本发明实施例一提供的处理剂的制备方法。

图2显示为本发明实施例二提供的去除污泥中的六价铬的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

针对以上不足，本实施例提供一种去除污泥中的六价铬的处理剂，该处理剂包括如下组分：硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏以及碳酸盐，各组分的质量比为硅酸盐水泥熟:铝酸盐水泥熟料:粉煤灰:石膏:碳酸盐为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5。

上述处理剂中，硅酸盐水泥熟料强度大于52.5MPa，粉煤灰符合GB/T1596要求，铝酸盐水泥熟料中氧化铝的含量≥50％，石膏中SO₃含量≥32％。碳酸盐为工业级水溶性碳酸盐，例如可以是碳酸铵、碳酸钠及碳酸钾中的任意一种，也可以是其他常用的能够实现水溶产生碳酸根的工业级碳酸盐。

在本实施例的优选实施例中，上述处理剂还包括硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与其他组分的质量比为：硅酸盐水泥熟:铝酸盐水泥熟料:粉煤灰:石膏:碳酸盐:硅烷偶联剂为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5:0.1～0.4。该硅烷偶联剂同样是工业级硅烷偶联剂，例如可以是KH550、KH570等。

针对上述处理剂中各组分的特点，例如其中的硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰及石膏通常为较硬的块状或者大颗粒状物质，并且不易溶于水等，因此对上述几个组分，如图1所示首先按照各组分的质量比分别对计量称取上述组分进行处理剂的初步配料，然后将称取的各组分进行粉磨，粉磨后的各组分的比表面积不小于300m²/kg。粉磨后的上述组分进行单独存储。为了进一步确定粉磨后的上述组分的质量及活性，通常还对粉磨后的进行检验，例如检验粉磨后组分的氧化物组成、矿物组成、强度等特征。

其中的碳酸盐，由于选用的碳酸盐基本为易溶于水的，并且有些碳酸盐例如碳酸铵在空气中非常不稳定，因此，为了便于保存并保证碳酸盐的质量，碳酸盐按照质量比计量后进行分别储存。而硅烷偶联剂由于是液体，因此也单独储存。

综上，本实施例的去除污泥中的六价铬的处理剂的上述组分均为容易获得的工业级物质，并且制备过程简单。另外，该处理剂中的硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰及石膏经粉磨后进行存储及运输，而碳酸盐和硅烷偶联剂分别进行存储。因此在降低该处理剂的制备、存储及运输成本的同时还能够保证处理剂中各组分的质量及活性。。硅烷偶联剂作为辅助剂能够六价铬去除过程中形成的骨架结构的表面处理剂，增加骨架结构的粘结性，提高形成的固化物的稳定性及强度。

实施例二

本实施例提供一种去除污泥中的六价铬的方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

向待处理的污泥中加入处理剂，所述处理剂为本发明提供的处理剂；

搅拌加入所述处理剂的所述污泥，使所述处理剂与所述污泥充分混合并发生反应，降低所述污泥中的水并去除所述污泥中的六价铬；

将反应后的所述污泥成型并养护，形成固化体；

将固化后的所述污泥进行填埋处理。

本实施例中，需要处理的污泥为水处理厂的污泥，该污泥通常为含水率小于等于96％的高水污泥，该高水污泥中的六价铬含量大约为1mg/1000g。上述处理剂占该高水污泥湿重质量百分比为5～40％，该处理剂为本发明实施例一提供的处理剂，即硅酸盐水泥熟、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏、碳酸盐为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5。该处理剂还包括辅助剂，例如硅烷偶联剂，并且硅酸盐水泥熟、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏、碳酸盐及硅烷偶联剂的质量比为100:20～120:5～40:4～8:0.1～5:0.1～0.4。

在本实施例的优选实施例中，分别进行三组试验对上述处理剂去除污泥中的六价铬的效果进行试验研究。

试验一：称取经过预处理的含水率为96％的污泥2000g，并将称取的污泥放入搅拌器中。按照污泥湿重的10％称取处理剂200g，并将处理剂中的粉末状组分、碳酸盐和硅烷偶联剂依次加入到污泥中，本优选实施例中碳酸盐选择碳酸铵。然后搅拌加入处理剂的污泥，搅拌5min后将搅拌后的污泥在净浆模具中成型，脱模后在空气中养护。

实验二：称取经过预处理的含水率为96％的污泥2000g，并将称取的污泥放入搅拌器中。按照污泥湿重的25％称取处理剂500g，并将处理剂中的粉末状组分、碳酸盐和硅烷偶联剂依次加入到污泥中，本优选实施例中碳酸盐选择碳酸铵。然后搅拌加入处理剂的污泥，搅拌10min后将搅拌后的污泥在净浆模具中成型，脱模后在空气中养护。

实验三：称取经过预处理的含水率为95％的污泥2000g，并将称取的污泥放入搅拌器中。按照污泥湿重的20％称取处理剂400g，并将处理剂中的粉末状组分、碳酸盐和硅烷偶联剂依次加入到污泥中，本优选实施例中碳酸盐选择碳酸铵。然后搅拌加入处理剂的污泥，搅拌10min后将搅拌后的污泥在净浆模具中成型，脱模后在空气中养护。

在上述搅拌以及养护过程中，处理剂与污泥发生反应，硅酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料中的主要成分C₃A、CA、C₃S、

遇水，发生水化反应，形成Ca(OH)₂、C-S-H凝胶、C3A·3CaSO₄·32H₂O、Al(OH)₃等矿物，污泥中的六价铬取代或部分取代硫酸根粒子，进入钙矾石晶格，形成含铬钙矾石C₃A·3(CaSO₄·CaCrO₄)·32H₂O及具有钙矾石结构的铬酸盐矿物C₃A·3CaCrO₄·32H₂O，污泥的含水量在短时间内显著减少。而硅烷偶联剂能够在六价铬去除过程中形成的骨架结构的表面处理剂，增加骨架结构的粘结性，提高形成的固化物的稳定性及强度。对养护不同龄期的上述试验一到试验三的固化物进行检测，检测固化物的强度以及固化物析出的铬，检测结果如下表1所示：

表1养护不同龄期的固化物的强度以及固化物析出的铬

如上表1所示，在处理剂与污泥的反应过程中污泥中的含水率显著降低，例如在24h内，污泥的含水率降低到60％以下，有利于污泥的固化。经过1d养护之后，固化后的污泥中六价铬的溶出量大幅降低，并且固化后的污泥强度就已能够达到填埋要求，并且随着养护龄期的增加，固化物的强度会不断增加，更加便于固化物的处理。

综上，本发明的去除六价铬的处理剂及方法具有如下技术效果：

本发明的处理剂包括硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏以及碳酸盐，通过合理的质量配比(100:20～120:5～40:4～8:0.1～5)得到去除六价铬的处理剂，上述组分均为容易获得的工业级物质，并且制备过程简单。另外，该处理剂中的硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、粉煤灰及石膏经粉磨后进行存储及运输，而碳酸盐和硅烷偶联剂分别进行存储。因此在降低该处理剂的制备、存储及运输成本的同时还能够保证处理剂中各组分的质量及活性。

上述处理剂还以硅烷偶联剂作为辅助剂，该辅助剂能够在六价铬去除过程中提高污泥的减容率，即污泥的体积减小率。

本发明的去除六价铬的方法采用上述处理剂，将处理剂直接加入到含水率～96％的高水污泥中进行搅拌，搅拌过程中处理剂与污泥发生反应，硅酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料中的主要成分C₃A、CA、C₃S、

遇水，发生水化反应，形成Ca(OH)₂、C-S-H凝胶、C₃A·3CaSO₄·32H₂O、Al(OH)₃等矿物，污泥中的六价铬取代或部分取代硫酸根粒子SO^4-，进入钙矾石晶格，形成含铬钙矾石C₃A·3(CaSO₄·CaCrO₄)·32H₂O及具有钙矾石结构的铬酸盐矿物C₃A·3CaCrO₄·32H₂O，从而消除污泥中的六价铬的污染活性，实现环保的目的；

另外，在上述处理剂与污泥的反应过程中污泥中的含水率显著降低，有利于污泥的固化，而上述化学反应能够在短时间内大幅降低固化后的污泥中六价铬的溶出量，由此不仅能够使固化后的污泥的强度达到后续填埋的强度要求，还能够确保固化后的污泥中不会有六价铬的溶出量，确保填埋的固化后的污泥不会对环境造成为此污染。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。