一種去除水體底泥中重金屬鉛的方法
【專利摘要】一種去除水體底泥中重金屬鉛的方法，包括以下步驟：（1）制備底泥漿；（2）酸化處理；（3）氯化處理；（4）微波處理；（5）過濾處理；（6）對步驟（5）所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。本發明工藝簡單、操作方便、投資少、成本低；處理周期短，處理效果好，能使疏浚河流、湖泊和港灣底泥中重金屬鉛的去除率高達89.49%；采用了微波強化酸化氯化法，不僅能夠去除底泥中的重金屬，還能降低底泥的含水率，使底泥減容，為后續的資源化利用提供了有利條件。
【專利說明】一種去除水體底泥中重金屬鉛的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種去除疏浚河流、湖泊、港灣底泥重金屬的方法，尤其是涉及ー種去除水體底泥中重金屬鉛的方法。
【背景技術】
[0002]水體底泥重金屬污染已成為世界范圍內的ー個重要環境污染問題。世界エ業發展使重金屬污染高頻率的發生于河流、湖泊和港灣的水體和底泥中，導致世界上大部分河流、湖泊和港灣受到嚴重污染。水體下底泥的污染狀況對全面衡量水環境質量具有重要的作用。
[0003]底泥水體中的重金屬往往將作為最后的儲存庫和歸宿，并且與水相保持一定的動態平衡。當周圍的環境條件變化時，底泥中的重金屬形態將發生轉化并釋放，易引起二次污染；同時，底棲生物的主要生活場所和食物來源也是底泥，其中的重金屬可存留、積累和遷移，不僅對底棲生物或上覆水生物產生致毒致害作用，甚至通過食物鏈濃縮、生物富集等作用，進ー步影響陸地生物，甚至是人類健康，受重金污染的河流、湖泊、港灣的底泥處理是十分必要的。
[0004]目前，受污染河流底泥的處理方法分為原位處理和異位修復兩大類。原位處理可分為底泥掩蔽法、生物修復法等。
[0005]底泥掩蔽法是在污染的底泥上放置一層或多層覆蓋物，使污染底泥與水體隔離，防止底泥污染物向水體遷移。采用的覆蓋物主要有未污染的底泥、沙、礫石或一些復雜的人造地基材料等。但工程量大，需要大量的清潔泥沙等，來源困難，同時掩蔽會増加底泥的量，使水體庫容變小，因而不適用于河流、湖泊和港口，只適用于深海底泥修復。
[0006]植物修復法是指將具有特殊富集能力的植物種植到受污染的底泥中，通過植物或植物根系區微生物的吸收、代謝以降低或消除污染物毒性。但該方法周期長、見效慢，并且對于水深超過一定值，植物修復基本失效。
[0007]微生物法主要是通過微生物來降解環境污染物，消除或降低其毒性的過程。但此方法只適用于有機污染物，對重金屬沒有明顯成效。
[0008]為了快速處理河流底泥污染，最有效與簡便的方法是對河流底泥進行疏浚。當底泥中污染物的濃度高出本底值2— 3倍，即認為其對人類及水生生態系統有潛在危害吋，則考慮進行疏浚。國內外學者認為疏浚底泥不僅可轉化為農林化利用，還可作為其他資源化用途(制造填方材料，建筑材料等)。但是由于受污染的疏浚底泥成分復雜且量大，若不采取任何預處理過程而直接堆放，易造成二次污染。河流底泥的異位修復可分為淋洗法、電化學修復法等。
[0009]電化學修復方法的基本原理是將電極插入受污染的底泥中，施加直流電流后，底泥中的污染物從處理區遷移到電極區，然后再通過電沉積或離子萃取法加以去除，從而達到修復的目的。但該法投資成本和電耗較高，且難以在實際工程中加以應用。
[0010]淋洗法是利用化學藥劑或微生物促進底泥中污染物的溶出和遷移，然后將含有污染物的溶液從底泥中抽提，再進行深度處理的過程。該方法具有工藝簡單、處理效率高的特點，但高效淋洗劑或細菌的篩選與研制較為困難，并且存在二次污染等未解決或需要完善的問題。
[0011]近十幾年來在環境保護方面迅速發展了微波處理技術，以及微波技術與其他技術相結合的處理方法。微波是一種電磁能，通過離子遷移和偶極子轉動引起分子運動，但不引起分子結構的改變和非離子化的輻射能。微波加熱與傳統加熱相比，熱效率比傳統加熱法高，且微波加熱存在熱效應，也存在非熱效應。一方面反應物分子吸收了微波能量，提高了分子運動速度，導致熵的增加；另一方面微波對極性分子作用，迫使其按照電磁場方式運動，導致熵的減小。微波技術現已成功地用于廢氣、廢水、固體廢棄物的處理及環境監測等方面。在水溶液中，金屬鉛離子可與氯離子形成配位數不同的各種絡合離子，絡合反應為
[0012]Pb2++nCF □ PbCln2In=I.2.3......)；
[0013]底泥重金屬中，鉛是一種極具危害性的重金屬，鉛毒性持久，半衰期長達10年，并且不易被人體排出，因此中毒后人體內鉛的含量為環境中的5倍，而且鉛污染不存在下限，任何程度的鉛污染都有會對人體健康產生不利影響。全國河流、湖泊、港灣底泥重金屬鉛的污染范圍很廣，并 且污染程度很嚴重。
[0014]因而，研究開發一種疏浚河流、湖泊、港灣底泥重金屬鉛處理技術和方法十分必要，不僅可以實現受污染疏浚河流底泥處理與資源化利用的目的，還能產生一定的經濟效益與社會效益。

【發明內容】

[0015]本發明所要解決的技術問題是，克服現有存在的上述缺陷，提供一種工藝簡單、操作方便、投資少、成本低、處理周期短、去鉛率高、可實現底泥資源化利用的去除水體底泥中重金屬鉛的方法。
[0016]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，一種去除水體底泥中重金屬鉛的方法，包括以下步驟:
[0017](I)制備底泥漿:將水體底泥與水按質量比為1:9-11混合，制備底泥漿；
[0018](2)酸化處理:邊攪拌步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至1.0-1.7 (優選1.0),充分反應；
[0019](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.0mol/L-1.7mol/L (優選1.5mol/L.)的無機氯化物,攪拌至均勻,充分反應；
[0020](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至45°C-95°C (優選65°C-80°C，更優選75°C)，保溫5-15min (優選8-llmin，更優選IOmin),加熱反應完成后,冷卻至室溫；
[0021](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0022](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0023]進一步，所述無機氯化物為氯化鉀、或氯化鈉、或氯化鈣、或氯化鎂、或氯化錳或氯化鐵。
[0024]與現有技術相比，本發明具有以下優點:[0025](I)處理周期短，處理效果好，能使疏浚河流、湖泊和港灣底泥中重金屬鉛的去除率高達89.49% ；
[0026](2)制備的底泥漿含水率高，可采用機械等裝置方式疏浚河流、湖泊、港灣底泥；
[0027](3)采用了微波強化酸化氯化法，不僅能夠去除底泥中的重金屬，還能降低底泥的含水率，使底泥減容，為后續的資源化利用提供了有利條件；
[0028](4)采用了無機氯化物的氯化方法，氯化物比其他物質對環境的危害小，并且無機氯化物所需費用少，便于采集欲購買。
[0029](5)エ藝簡單、操作方便、設備所需投資少，且運行成本低。
[0030](6)環保，過濾所得的底泥渣可轉化為農林化利用，亦可作為其他資源化用途(如制造填方材料、建筑材料等)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發明實施例1重金屬Pb的去除率結果曲線圖；
[0032]圖2為本發明實施例2重金屬Pb的去除率結果曲線圖；
[0033]圖3為本發明實施例3重金屬Pb的去除率結果曲線圖；
[0034]圖4為本發明實施例4重金屬Pb的去除率結果曲線圖；
[0035]圖5為本發明實施例5重金屬Pb的去除率結果曲線圖；
【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]本實施包括以下步驟:
[0038](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻,制備底泥楽;；
[0039](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節PH至1.3，攪拌至均勻，充分反應；
[0040](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.3mol/L的無機氯化物，攪拌至均勻，充分反應；
[0041](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至80 C保溫lOmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0042](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0043](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0044]對步驟(I)制備出的底泥漿采用以下方式處理:
[0045](i)純水浸洗:不進行酸化、氯化和微波處理；
[0046](ii)酸化處理:進行酸化處理，不進行氯化和微波處理；
[0047](iii)微波輔助酸化:進行酸化和微波處理，不進行氯化處理；
[0048]( iv)無機氯化物輔助酸化:進行酸化和氯化處理，不進行微波處理。
[0049]利用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率，其結果見圖1。[0050]由圖1可知，本發明對重金屬Pb的去除效率高。
[0051]實施例2
[0052]本實施例包括以下步驟:
[0053](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江口的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻,制備底泥楽；；
[0054](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至O-6，攪拌至均勻，充分反應；
[0055](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為O-2mol/L的氯化鈉，攪拌至均勻，充分反應；
[0056](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至80 C，保溫lOmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0057](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0058](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0059]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江口底泥中重金屬Pb的去除率。結果見圖2。
[0060]實施例3`[0061]本實施例包括以下步驟:
[0062](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江口的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻,制備底泥楽；；
[0063](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節PH至1.5，攪拌至均勻，充分反應；
[0064](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為O-2mol/L的氯化鈉，攪拌至均勻，充分反應；
[0065](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至80 C，保溫lOmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0066](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0067](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0068]利用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算對入江口底泥中重金屬Pb的去除率，其結果見圖3。
[0069]實施例4
[0070]本實施例包括以下步驟:
[0071](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江口的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻,制備底泥楽；；
[0072](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節PH至1.5，攪拌至均勻，充分反應；
[0073](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.3mol/L的無機氯化物，攪拌至均勻，充分反應；[0074](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至25°C-85°C，保溫lOmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0075](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0076](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0077]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率，結果見圖4。
[0078]實施例5
[0079]本實施例包括以下步驟:
[0080]( I)底泥漿的制備:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻；
[0081 ] (2)酸化處理:選取質量濃度為65%-68%的濃硝酸，一邊攪拌ー邊緩慢將濃硝酸加入上述底泥漿中，直至PH為1.5 ;
[0082](3)氯化處理:向酸化處理得到的混合物中加入1.3mol/L的氯化鈉，攪拌至均勻；
[0083](4)微波加熱:將氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中進行微波加熱至80 C，保溫O-20min，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0084](5)過濾:對微波加熱后的產物`進行固液分離，得到底泥渣與含Pb的濾液；
[0085](6)對泥渣進行水洗，再次進行固液分離。
[0086]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率，結果見圖5。
[0087]實施例6
[0088]本實施例包括以下步驟:
[0089]( I)底泥漿的制備:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻。
[0090](2)酸化處理:選取質量濃度為65%-68%的濃硝酸，一邊攪拌ー邊緩慢將濃硝酸加入上述底泥漿中，直至pH為1.5。
[0091](3)氯化處理:向酸化處理得到的混合物中加入氯離子的濃度為1.3mol/L氯化鉀、或氯化鈉、或氯化鈣、或氯化鎂、或氯化錳或三氯化鐵，攪拌至均勻。
[0092](4)微波加熱:將氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中進行微波加熱至80 C，保溫lOmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫。
[0093](5)過濾:對微波加熱后的產物進行固液分離，得到底泥渣與含Pb的濾液。
[0094](6)對泥渣進行水洗，再次進行固液分離。
[0095]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率。結果見表I。
[0096]表I添加不同無機氯化物重金屬Pb的去除率
[0097]無機氯化物種類氯化鉀氯化鈉氯化鈣氯化鎂氯化錳氯化鐵Pb 去除率(％) 84.94 88.59 88.68 89.14 88.18 89.49
[0098]從表I可以看出Pb最高去除率為89.49%。
[0099]實施例7
[0100]本實施包括以下步驟:
[0101](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入450mL去離子水,攪拌至均勻；
[0102](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至1.0，充分反應；
[0103](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.0mol/L的無機氯化鎂，攪拌至均勻，充分反應；
[0104](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至45 C，保溫5min，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0105](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0106](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0107]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率為87.54%。
`[0108]實施例8
[0109]包括以下步驟:
[0110](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入550mL去離子水,攪拌至均勻；
[0111](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至1.7，充分反應；
[0112](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.7mol/L的無機氯化鈉，攪拌至均勻，充分反應；
[0113](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至95 C，保溫15min，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0114](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0115](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0116]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江ロ底泥中重金屬Pb的去除率為87.98%。
[0117]實施例9
[0118]本實施例包括:
[0119](I)制備底泥漿:取50g烘干的株洲湘江霞灣港入江ロ的底泥，去除底泥中的樹葉、樹枝、大顆粒物等，加入500mL去離子水,攪拌至均勻；[0120](2)酸化處理:邊攪和步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至1.0，充分反應；
[0121](3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.5mol/L.的無機氯化鈣，攪拌至均勻，充分反應；
[0122](4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至75 C，保溫llmin，加熱反應完成后，冷卻至室溫；
[0123](5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液；
[0124](6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
[0125]用ICP全譜儀通過測定處理前后疏浚河流底泥中Pb的含量，計算入江口底泥中重金屬Pb的去除率為88.89%。
[0126]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應該指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護。
【權利要求】
1.一種去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，包括以下步驟: (O制備底泥漿:將水體底泥與水按質量比為1:9-11混合，制備底泥漿； (2)酸化處理:邊攪拌步驟(I)制備好的底泥漿邊加入質量濃度為65%-68%的濃硝酸，調節pH至1.0-1.7，攪拌至均勻，充分反應； (3)氯化處理:邊攪拌步驟(2)酸化處理后的混合物邊加入氯離子濃度為1.0mol/L-1.7mol/L的無機氯化物，攪拌至均勻，充分反應； (4)微波處理:將步驟(3)氯化處理后的反應產物放置于微波反應器中，加熱至45°C-95°C，保溫5-15min，加熱反應完成后，冷卻至室溫； (5)過濾處理:過濾步驟(4)微波處理后的產物，進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液； (6)對步驟(5)所得泥渣進行水洗，再次進行固液分離，得底泥渣和含鉛的濾液。
2.根據權利要求1所述的去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述PH調節至1.0。
3.根據權利要求1所述的去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述無機氯化物的氯離子濃度為1.5mol/L。
4.根據權利要求1所述的去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，步驟(4)中，微波加熱至65°C-80°C,保溫8-IImin。`
5.根據權利要求4所述的去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，步驟(4)中，微波加熱至75?,保溫lOmin。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的去除水體底泥中重金屬鉛的方法，其特征在于，所述無機氯化物為氯化鉀、或氯化鈉、或氯化鈣、或氯化鎂、或氯化錳或氯化鐵。
【文檔編號】C02F11/00GK103449694SQ201310420996
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】袁興中, 王樂樂, 鐘華, 曾光明, 王侯, 林寧波, 吳志斌, 朱剛剛, 王達菲, 黃丹蓮, 梁婕 申請人:湖南大學