CN102583951A - 一种酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于该方法包括以下操作步骤：污泥脱水，使铝盐混凝污泥的含水率降至80％以下，并烘干焙烧；酸化处理，加入水混和酸，使污泥泥浆的pH值达到3，控制反应的温度为38℃，搅拌混合液中的污泥与酸，使其充分接触；分离净化，最后过滤、蒸发、结晶，得到具有絮凝效用的晶体铝盐。该酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，使污泥中大部分水和铝转化为絮凝剂，再通过分离进一步去除杂质提纯，提高了对铝盐混凝剂的回收，大大降低了污泥处置费用，并且进一步降低了污泥污水中的COD、pH值、剩余有机物和色度，实现了资源化的目的，有利于后续的生化处理，减轻了废水排放对环境的危害。
Description
技术领域
本发明涉及一种酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，该方法适用于工业废水中用铝盐混凝剂处理而产生的污泥的安全有效处理。
背景技术
铝盐是我国饮用水和工业用水处理中使用较广泛的混凝剂，约有70％的自来水厂使用铝盐作为混凝剂。由于净水处理污泥中含有大量铝盐，若直接排入水中或填埋，会对环境和人类的健康产生较大危害。因此，开展净水污泥中铝盐混凝剂的资源化回收利用研究，对实现混凝剂资源的循环利用、防治环境污染及保护人民的身体健康都具有非常重要意义。
目前净水污泥中混凝剂的再生方法主要有酸碱再生法，离子交换萃取再生法，组合膜再生法。三种方法各有优缺点，酸碱再生法成本相对较低，但是分离效果不佳，再生混凝剂纯度较低；离子交换萃取再生法由于硅酸盐易形成第三相，使萃取操作难以顺利进行，再生处理成本较高；组合膜再生法目前还仅处于实验室研究阶段。
而酸浸出法回收净水污泥中的铝盐，不但可以大大减少污泥固体的排放量，回收的铝盐混凝剂经过再生可以继续应用于工业废水的混凝处理过程，因而对资源的有效利用具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，降低铝盐混凝污泥中蓄含的大量有机污染物和重金属等毒害污染物，又能回收利用其中铝成份作为絮凝剂，从而大大降低了污泥处置费用，提高混凝污泥的资源化利用，避免对环境带来的二次污染。
本发明的酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于该方法包括以下操作步骤：
(1)污泥脱水
①将铝盐混凝污泥泵入污泥处理池中处理，对其使用浓缩脱水一体机进行浓缩脱水，使铝盐混凝污泥的含水率降至80％以下，以减少污泥的含水率，缩小污泥的体积；
②将脱水后的铝盐混凝污泥置阴凉、通风处晾干，然后置于105℃的烘箱中5～6个小时，烘干至恒重，再将烘干后的铝盐混凝污泥置于马沸炉中，在650～750℃的条件下焙烧7个小时，取出后待其冷却，得到焙烧残余物；
(2)酸化处理
①向步骤(1)中的铝盐混凝污泥焙烧残余物中加入水混合均匀制得泥浆；
②将酸性膨润土粉碎成600目，投入混合均匀的泥浆中，搅拌15分钟使其完全混合均匀，泥浆与投入的酸性膨润土用量的质量比为1000∶5；
③然后向泥浆中加入浓度为1～2mol/L的硫酸，使污泥泥浆的PH值达到3，控制反应的温度为38℃，搅拌混合液中的污泥与酸，使其充分接触，有利于铝的溶出；其中搅拌强度为快速搅拌800r/min×3min，慢速搅拌700r/min×5min，然后待其沉淀40～50min；最终得到酸浸出液；
(3)分离净化
①分离酸浸出液，把采用弱电解的羧酸盐阳离子交换树脂装入树脂玻璃柱中，使酸浸出液分别通过树脂玻璃柱和由厚0.7mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直径120μm的细球粒组成的复合膜，吸附出溶解铝；
②将树脂玻璃柱和复合膜从酸浸出液中取出，将酸浸出液经膜或活性炭对其进行过滤，透过液加入强氧化剂氧化反应，降解、去除其中可溶性COD；
③最后透过液蒸发、结晶，得到具有絮凝效用的晶体铝盐。
其中，步骤(2)中也可加入盐酸，使污泥泥浆的PH值达到3，盐酸的浓度为2～4mol/L。
其中，步骤(3)中加入的强氧化剂为双氧水。
其中，步骤(3)中用膜对酸浸出液进行过滤，膜过滤为陶瓷微孔膜分离管。
在本发明的酸浸出法中，污泥脱水可减小污泥的总体积，提高污泥的含固率，确保回用的铝有足够的浓度；经浓缩后的污泥同硫酸或盐酸反应，生成相应的铝盐溶液，较低的PH值有助于减少污泥体积，提高其沉降性能，改善剩余物的脱水和过滤性能；通过沉淀和过滤将不需要的固体剩余物与铝盐溶液进行分离，再过滤、蒸发、结晶，得到具有絮凝效用的晶体铝盐。
进一步的，搅拌可以增加溶液中的气体溶解量，运动的流体使更多的污泥颗粒发生空化反应，进而提高反应器中铝的回收率；另一方面，搅拌可以使酸与混凝剂絮体更均匀的混合，促进反应的发生。酸决定氢的耦合度，而氢的耦合度不仅决定液体的表面张力，也影响污泥颗粒在水中的存在形式。增加酸的量有利于促进酸与铝盐混凝剂絮体的反应。膨润土是一种高效廉价的吸附剂；通过采用弱电解的羧酸盐阳离子交换树脂可以提高回收的混凝剂的质量，而细球粒起到交换剂的作用，它对铝离子有很强的亲和力，复合膜会从液相中有选择地吸附出溶解铝。膜过滤，主要作用是使初步分离污泥后的酸化液，通过膜过滤分离进一步与其他大分子絮体、微细杂质、未能分离污泥微絮体等净化分离，获得主要含有可溶性铝盐絮凝剂以及可溶解COD的透过液，提高了铝盐富集相对浓度，确保后续所得絮凝剂相对纯度，同时也使更多溶解性铝盐与污泥分离，提高从污泥中分离回收率；用活性炭可对含有腐殖质的铝盐溶液脱色。透过液加入强氧化剂氧化反应，其目的是通过强氧化剂氧化反应，达到氧化降解去除透过液中可溶性COD，以降低回用对处理水带入影响。
本发明的酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，使污泥中大部分水和铝转化为絮凝剂，再通过分离进一步去除杂质提纯，提高了对铝盐混凝剂的回收，大大降低了污泥处置费用，并且进一步降低了污泥污水中的COD、PH值、剩余有机物和色度，实现了资源化的目的，有利于后续的生化处理，减轻了废水排放对环境的危害。
附图说明
图1为响应面法分析得到的酸浸出法中酸作用时间和搅拌强度对铝盐回收率影响所对应的响应面曲面图；
图2为响应面法分析得到的酸浸出法中酸作用时间和酸浓度对铝盐回收率影响所对应的响应面曲面图；
图3为响应面法分析得到的酸浸出法中搅拌强度和酸浓度对铝盐回收率影响所对应的响应面曲面图。
具体实施方式
(1)污泥脱水
①将铝盐混凝污泥泵入污泥处理池中处理，对其使用浓缩脱水一体机进行浓缩脱水，使铝盐混凝污泥的含水率降至80％以下，以减少污泥的含水率，缩小污泥的体积；
②将脱水后的铝盐混凝污泥置阴凉、通风处晾干，然后置于105℃的烘箱中5～6个小时，烘干至恒重，再将烘干后的铝盐混凝污泥置于马沸炉中，在650～750℃的条件下焙烧7个小时，取出后待其冷却，得到焙烧残余物；
(2)酸化处理
①向步骤(1)中的铝盐混凝污泥焙烧残余物中加入水混合均匀制得泥浆；
②将酸性膨润土粉碎成600目，投入混合均匀的泥浆中，搅拌15分钟使其完全混合均匀，泥浆与投入的酸性膨润土用量的质量比为1000∶5；
③然后向泥浆中加入浓度为1～2mol/L的硫酸，使污泥泥浆的PH值达到3，控制反应的温度为38℃，搅拌混合液中的污泥与酸，使其充分接触，有利于铝的溶出；其中搅拌强度为快速搅拌800r/min×3min，慢速搅拌700r/min×5min，然后待其沉淀40～50min；最终得到酸浸出液；
(3)分离净化
①分离酸浸出液，把采用弱电解的羧酸盐阳离子交换树脂装入树脂玻璃柱中，使酸浸出液分别通过树脂玻璃柱和由厚0.7mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直径120μm的细球粒组成的复合膜，吸附出溶解铝；
②将树脂玻璃柱和复合膜从酸浸出液中取出，将酸浸出液经膜或活性炭对其进行过滤，透过液加入强氧化剂氧化反应，降解、去除其中可溶性COD；
③最后透过液蒸发、结晶，得到具有絮凝效用的晶体铝盐。
在单因素试验的基础上，依据Box-Be-hnken中心组合试验设计原则，对酸作用时间(X1)、搅拌强度(X2)、酸浓度(X3)3个因素的3个水平进行响应面试验分析，以获得最佳工艺条件。试验组合及结果见表1。
表1
通过对图1-3的曲面图可以看出，合理控制酸作用时间、搅拌强度和酸浓度这些因素，可以大大提高铝的回收率，从而实现铝循环混凝污泥资源化处理。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
Claims (4)
1.一种酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于该方法包括以下操作步骤：
(1)污泥脱水
①将铝盐混凝污泥泵入污泥处理池中处理，对其使用浓缩脱水一体机进行浓缩脱水，使铝盐混凝污泥的含水率降至80％以下，以减少污泥的含水率，缩小污泥的体积；
②将脱水后的铝盐混凝污泥置阴凉、通风处晾干，然后置于105℃的烘箱中5～6个小时，烘干至恒重，再将烘干后的铝盐混凝污泥置于马沸炉中，在650～750℃的条件下焙烧7个小时，取出后待其冷却，得到焙烧残余物；
(2)酸化处理
①向步骤(1)中的铝盐混凝污泥焙烧残余物中加入水混合均匀制得泥浆；
②将酸性膨润土粉碎成600目，投入混合均匀的泥浆中，搅拌15分钟使其完全混合均匀，泥浆与投入的酸性膨润土用量的质量比为1000∶5；
③然后向泥浆中加入浓度为1～2mol/L的硫酸，使污泥泥浆的PH值达到3，控制反应的温度为38℃，搅拌混合液中的污泥与酸，使其充分接触，有利于铝的溶出；其中搅拌强度为快速搅拌800r/min×3min，慢速搅拌700r/min×5min，然后待其沉淀40～50min；最终得到酸浸出液。
(3)分离净化
①分离酸浸出液，把采用弱电解的羧酸盐阳离子交换树脂装入树脂玻璃柱中，使酸浸出液分别通过树脂玻璃柱和由厚0.7mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直径120μm的细球粒组成的复合膜，吸附出溶解铝。
②将树脂玻璃柱和复合膜从酸浸出液中取出，将酸浸出液经膜或活性炭对其进行过滤，透过液加入强氧化剂氧化反应，降解、去除其中可溶性COD；
③最后透过液蒸发、结晶，得到具有絮凝效用的晶体铝盐。
2.根据权利要求1所述的酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于步骤(2)中也可加入盐酸，使污泥泥浆的PH值达到3，盐酸的浓度为2～4mol/L。
3.根据权利要求1-2所述的酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于步骤(3)中加入的强氧化剂为双氧水。
4.根据权利要求1-3所述的酸浸出法铝循环混凝污泥资源化处理方法，其特征在于其中，步骤(3)中用膜对酸浸出液进行过滤，膜过滤为陶瓷微孔膜分离管。
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