一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法

本发明属于垃圾焚烧飞灰处理相关，更具体地，涉及一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法。

背景技术：

1、随着社会进步和经济增长，人们的生活水平日益提高，人类日常生产生活日益活跃，生活垃圾产量也在日益增加且垃圾组成更加复杂。目前针对生活垃圾的处理办法主要有三种垃圾焚烧、堆肥、卫生填埋这三种方法：

2、其中：(1)垃圾焚烧，用于发电或供热，但过程中会产生高盐含量的飞灰，垃圾焚烧飞灰重金属含量高；(2)堆肥，利用微生物对垃圾进行生物降解，产生肥料用于土壤改良，但可堆肥制成垃圾的是厨余垃圾并且堆肥过程不可避免产生垃圾渗滤液；(3)卫生填埋，相较于垃圾焚烧投资和运行费用低，但卫生填埋组分复杂，产生大量重金属、有机污染物富集的垃圾渗滤液。制约了垃圾焚烧行业的应用和发展。

3、业内目前对生活垃圾焚烧产物的研究和应用最为广泛。例如，探索适合于飞灰中重金属洗脱的强化淋洗剂，将原有的固-液体系转为液相体系；利用电化学方法处理液相中的污染物。但这些研究方向都存在一个问题，就是垃圾焚烧飞灰重金属含量高，需要垃圾焚烧飞灰进行洗脱处理。现有处理工艺最终得到的洗脱水中重金属含量仍然较高，在大部分情况下都不能达到排放标准。

4、鉴于现有技术对于生活垃圾焚烧产物的洗脱技术不足，设计一种更为有效的洗脱液中重金属回收方法是符合现实需要的。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法。

2、为解决技术问题，本发明的解决方案是：

3、提供一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法，包括以下步骤：

4、(1)将柠檬酸、螯合剂和水掺混均匀，得到混合洗脱液；在混合洗脱液中，柠檬酸的浓度为0.5mol/l，螯合剂的浓度为0.1mol/l；

5、(2)按固液比为1g︰10ml取飞灰和混合洗脱液，掺混均匀后加入电解池中；

6、(3)在电解池中放置碳毡电极和石墨棒，分别作为阴极和阳极；将阴极、阳极以导线接至电源，并通入-3.4v的直流电进行电解处理；电解结束后，在碳毡电极上获得经洗脱回收的粒子形态的重金属单质。

7、作为本发明的优选方案，所述螯合剂是na2edta。

8、作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中配置混合洗脱液时，是将各原料加入恒温水浴振荡器中，在25℃条件下振荡处理6h。

9、作为本发明的优选方案，所述碳毡电极的制备方法是：

10、(1)按质量比3︰4取炭黑和聚丙烯腈，加至适量的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中；搅拌均匀过夜，得到浆料；

11、(2)将碳毡放入浆料中浸渍均匀，取出后在90℃干燥处理1小时；

12、(3)按质量比3︰4取na2co3和nh2oh·hcl，加至适量的水中，得到混合溶液；

13、(4)将干燥处理后的碳毡放入混合溶液中，在70℃下加热1.5小时；清洗并在80℃干燥，即得到碳毡电极。

14、作为本发明的优选方案，所述聚丙烯腈(pan)的平均分子量为15000。

15、发明原理描述：

16、柠檬酸在垃圾焚烧飞灰的洗脱工艺中的应用，已有现有文献报道。但是，单独使用柠檬酸时，对飞灰中的pb等重金属洗脱效果较差。

17、现有技术液常将螯合剂用于飞灰洗脱，对重金属的洗脱效果较为显著。但是现有处理工艺中的通常做法是，将飞灰、螯合剂和水加入球磨机或混炼机，经短暂搅拌混匀后即开闸排放。这样的粗放式处理导致螯合剂使用量过大、无法单独回收重金属，对环保处理并无减负作用。

18、申请人基于大量试验发现，通过组配使用柠檬酸和na2edta制成混合洗脱液，并利用碳毡电极以电化学的方法进行处理，可以在高效洗脱并回收重金属。在洗脱混合液中，飞灰表面的重金属离子与酸洗溶液中的氢离子相互竞争改变颗粒的电荷，从而促进重金属的脱除。

19、在处理过程中，柠檬酸的作用机理包括两方面：提供的h+可以吸附到飞灰颗粒的表面，改变飞灰表面电荷、与重金属离子发生竞争，有利于重金属离子从飞灰表面解吸；同时，柠檬酸的羧基能与重金属发生络合作用。

20、na2edta等螯合剂不仅可以与重金属形成可溶性络合物，而且还可以通过将重金属从水溶性稍差部分移动到更易溶部分，从而影响重金属的分布。另外，na2edta分子中具有两个氨基和四个羧基所提供的6个配位原子，而大多数重金属离子的配位数为4或者6，因此，一个edta分子即可满足一个重金属离子的配位要求。由于多数edta的溶解度相对较低，因此，本发明选择溶解度较高但是又对重金属离子具有相同络合作用的na2edta，能与生活垃圾焚烧飞灰中的重金属cu、pb、zn实现稳定络合。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1、常规水洗工艺采用的无机酸会产生二次废水。本发明采用柠檬酸作为洗脱液组分，它属于小分子天然有机酸，无毒易于降解；且与重金属阳离子络合作用强，重金属洗脱效率高，价格便宜，不会破坏样品结构；所采用的螯合剂na2edta，能与固相颗粒中的多种重金属发生络合反应，形成较宽ph值范围内可溶的金属络合物。

23、2、本发明直接将洗脱液中的重金属通过电化学方式分级富集，与传统的基于重金属固化的飞灰处理工艺相比，大大减少了对后续处置要求。这在飞灰洗脱技术中属于首创。

24、3、本发明通过回收洗脱生活垃圾焚烧飞灰中的重金属，能够显著提升洗脱工艺的的经济效益。

技术特征：

1.一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螯合剂是na2edta。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中配置混合洗脱液时，是将各原料加入恒温水浴振荡器中，在25℃条件下振荡处理6h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳毡电极的制备方法是：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚丙烯腈(pan)的平均分子量为15000。

技术总结本发明涉及垃圾焚烧飞灰处理技术，旨在提供一种生活垃圾焚烧飞灰重金属洗脱并电化学回收的方法。该方法包括：将柠檬酸、螯合剂和水掺混均匀，得到混合洗脱液；取飞灰和混合洗脱液，掺混均匀后加入电解池中；在电解池中放置碳毡电极和石墨棒，分别作为阴极和阳极；将阴极、阳极以导线接至电源，并通入直流电进行电解处理；电解结束后，在碳毡电极上获得经洗脱回收的粒子形态的重金属单质。本发明采用柠檬酸和Na<subgt;2</subgt;EDTA作为洗脱液组分无毒易于降解，与重金属阳离子络合作用强；通过直接将洗脱液中的重金属通过电化学方式分级富集，与传统的基于重金属固化的飞灰处理工艺相比，大大减少了对后续处置要求，能够显著提升洗脱工艺的的经济效益。技术研发人员：陈彤,李博,孙晨,李晓东,严建华受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29