本发明涉及一种粉煤灰改性方法。
背景技术：
随着工业化进程的加速，我国污水厂的污泥每年排放量约为(3.8～5.5)×106吨，预计到2020年排放量将达3.0×107吨左右。污泥产量的增加导致贮存污泥的产量日益增加，大量的贮存污泥在没有经过处理的情况便直接堆放于环境之中。在污水处理工艺过程之中由于吸附作用或是沉淀作用，大约有70％至90％的重金属转移至污泥中。所以，贮存污泥中含有大量的重金属(Cu、Zn严重超标)，直接堆放于环境中对土壤和地下水污染危害极大，甚至威胁周边居民身体健康，同时限制了贮存污泥直接应用于农田土壤。
粉煤灰是火力发电厂燃煤发电时产生的粉末状固体废物，由于其pH值高达10～12，能有效稳定污泥中的重金属并杀死污泥中的病原微生物，且粉煤灰中玻璃体的含量较高，能为化学反应提供大量的Si和Al活性位点，有利于与Cu和Zn的酸溶态进行反应。粉煤灰可将贮存污泥中重金属的可氧化态大幅降低，其原因是粉煤灰具有很强的碱性，影响了污泥中有机质的腐殖化过程，使有机物形成的络合物重新被释放；粉煤灰可将贮存污泥中重金属的残渣态显著升高，因为粉煤灰中的碱性物质CaO和MgO等有利于重金属生成残渣态。所以被广泛用于钝化污泥。根据粉煤灰高pH值的特点，对粉煤灰进行微波和碱改性能够进一步的提高其钝化贮存污泥中重金属的效果。微波和碱改性会使Si—O和Al—O键断开从而破坏粉煤灰表面的坚硬外壳，继而反应向深度发展，使整个四面体结构发生紊乱，活性内核暴露，是玻璃体表面的可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝性物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性。碱也有助于硅铝材料的分解，使粉煤灰表面SiO2和Al2O3发生化学解离而产生带负电的活性基团。在碱性条件下，粉煤灰颗粒表面上羟基中的H+也可以发生解离，从而使颗粒表面带负电荷，因此污泥中酸溶态的金属离子很容易被吸附在改性后的粉煤灰颗粒表面。而且，粉煤灰经碱性改性之后，pH值＞14，更有利于破坏重金属的有机结合态及硫化物结合态，使之向残渣态转化。
技术实现要素：
由于现有技术中都是利用粉煤灰的碱性钝化贮存污泥中重金属，因此为了提高其重金属钝化效果都采用碱改性。本发明克服了现有技术偏见，采用酸改性方式处理粉煤灰，同样达到了优异的重金属钝化效果。
一种基于钝化贮存污泥中重金属的粉煤灰改性方法按以下步骤进行：
一、将粉煤灰放入酸性溶液中浸泡4h，然后置于空气浴恒温振荡器中在温度为20℃、250r/min的条件下震荡90min，其中酸性溶液的H+浓度为4mol/L，酸灰比为3ml:1g；
二、10000r/min离心10min，去除酸液后用超纯水反复淋洗酸改性粉煤灰至中性；
三、105±2℃烘干至恒重，再粉碎过100目筛，然后再105±2℃加热2h，即完成粉煤灰改性。
本发明方法改性后的粉煤灰中酸溶态、可氧化态重金属比例大幅下降，可还原态和残渣态重金属比例大幅升高，说明本发明方法改性后的粉煤灰能够很好的钝化贮存污泥中的重金属，克服了本领域技术人员的偏见。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种基于钝化贮存污泥中重金属的粉煤灰改性方法按以下步骤进行：
一、将粉煤灰放入酸性溶液中浸泡4h，然后置于空气浴恒温振荡器中在温度为20℃、250r/min的条件下震荡90min，其中酸性溶液的H+浓度为4mol/L，酸灰比为3ml:1g；
二、10000r/min离心10min，去除酸液后用超纯水反复淋洗酸改性粉煤灰至中性；
三、105±2℃烘干至恒重，再粉碎过100目筛，然后再105±2℃加热2h，即完成粉煤灰改性。
污泥与废水不同，污泥中的重金属存在4中形态：酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态；而废水中的重金属基本都为离子状态。污泥与废水中重金属处理所涉及的原理和方式不同。
本实施方式改性后粉煤灰球形颗粒表面变得粗糙多孔，球体内部颗粒大部分暴露在表面，原本存在于粉煤灰颗粒内部的硅铝活性位点显露出来，并且伴有突出点。
本实施方式酸性溶液为盐酸、硫酸或硝酸。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一酸性溶液浸泡后进行微波辐射，然后再置于空气浴恒温振荡器震荡；其中微波功率为400W，微波时间为10min。其它步骤及参数与实施方式一相同。
实施例1
粉煤灰改性：
一、将粉煤灰放入酸性溶液中浸泡4h，然后置于空气浴恒温振荡器中在温度为20℃、250r/min的条件下震荡90min，其中酸性溶液的H+浓度为4mol/L，酸灰比为3ml:1g；
二、10000r/min离心10min，去除酸液后用超纯水反复淋洗酸改性粉煤灰至中性；
三、105℃烘干至恒重，再粉碎过100目筛，然后再105℃加热2h，即完成粉煤灰改性。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点在于酸灰比为4ml:1g。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点在于酸灰比为2ml:1g。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一酸性溶液浸泡后进行微波辐射，然后再置于空气浴恒温振荡器震荡；其中微波功率为400W，微波时间为10min。
实施例5
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一：将粉煤灰放入酸性溶液中浸泡4h，其中酸性溶液的H+浓度为4mol/L，酸灰比为3ml:1g。
实施例6
本实施例与实施例1的不同点在于步骤三：105℃烘干至恒重，再粉碎过100目筛，即完成粉煤灰改性。
实验：
用实施例1～6的改性粉煤灰处理贮存污泥，贮存污泥的含水率为70％～80％；贮存污泥中重金属Cu的形态分布如下：酸溶态为6.41％、可还原态为1.45％、可氧化态为81.06％、残渣态为11.08％；Zn的形态分布如下：酸溶态为30.53％、可还原态为38.07％、可氧化态为17.22％、残渣态为14.18％。
去实施例1～6的改性粉煤灰与贮存污泥混合，改性粉煤灰占总质量的40％，维持40％左右的水分静置7天，然后进行检测分析，结果如表1所示。
表1
根据实验结果分析将粉煤灰在酸液中浸泡一定的时间后再恒温震荡，可以在酸瓦解粉煤灰表面的网络结构、打破粉煤灰玻璃体增大内部空隙率的同时进一步与粉煤灰内部成分反应，形成更多的反应位点和反应活性物质，从而促进重金属各个形态之间的转换，提高粉煤灰对重金属的钝化效果。
微波处理可以进一步提高粉煤灰对重金属的钝化效果。
本发明步骤三粉煤灰105℃烘干、粉碎过筛后的再次加热处理能够大大提高粉煤灰对重金属的钝化效果，对于重金属各个形态之间的转换具有显著的促进作用。