CN105174405A - 一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法 - Google Patents

一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从钢丝绳酸洗污泥（简称酸泥）制备聚合铝铁絮凝剂的方法。所述方法分别采用盐酸和硫酸作为萃取剂，提取钙泥和钠泥中的金属铁离子和铝离子，通过离子交换树脂去除其中的铅离子，将提取液进一步加工为聚合铝铁絮凝剂，实现钙泥和钠泥的资源化利用，通过在钙泥残渣和钠泥残渣中加入水泥进行固化，实现残渣中重金属的稳定化和无害化，采用去离子水对饱和后的离子交换树脂实施再生过程，采用氢氧化钠溶液对再生过程产生的废水进行处理，实现废水达标排放。所述方法对于酸泥中的铁和铝的回收率大于90%；所述絮凝剂对于生活污水的净化性能优异。

Description

一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法
技术领域
本发明属于工业污泥无害化处理和资源化利用领域，涉及一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法。
背景技术
钢丝绳生产过程中产生大量酸性废水，主要来自酸洗和磷化生产工序，内含大量重金属元素，如铁、铅和锌等，废水处理方法主要采用氢氧化物沉淀法。以石灰乳或氢氧化钠作为碱性沉淀剂，加入到废水中，通过中和作用使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀而分离，形成的这些沉淀物即为钢丝绳酸洗污泥，简称酸泥，酸泥经板框压滤后进行处置。采用氢氧化钙沉淀法产生的酸泥称为钙泥，而采用氢氧化钠沉淀法产生的酸泥称为钠泥。
据调查，1吨废水经处理后的酸泥产生量约在0.02吨左右，含水率80%以上。按照我国钢丝绳企业年排放废水总量4000万吨计，区内每年产生的酸泥量达80万吨（含水率80%）。目前，少部分酸泥被堆放在各个生产厂家的厂房内，大部分酸泥被无序倾倒和填埋，对环境造成极大污染。钢丝绳酸泥的处置问题已成为影响钢丝绳行业生存的主要问题，引起国内外科研人员广泛关注。
钢丝绳酸泥属于国家严格管控的危险废物。目前主要有两种处理方法：水泥固化稳定化和高温气化去除铅。采用水泥固化稳定化方法，不仅处置成本较高，而且占用填埋场地。通过在酸泥中加入氯化物（如氯化钙、氯化铁等），在高温下通过气化方法可以去除酸泥中的铅，使酸泥转化为一般固体废物，再进行填埋处置。以上两种方法均是按照废弃物处置的思路处理钢丝绳酸泥，对于酸泥中含有的铁、铝等金属元素没有充分利用，不仅浪费资源，而且还要占用填埋场地。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，既可以实现钢丝绳酸泥的无害化和减量化，还可以实现其资源化利用的目的。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
分别采用盐酸和硫酸作为萃取剂，提取钙泥和钠泥中的金属铁离子和铝离子，通过离子交换树脂去除其中的铅离子，将提取液进一步加工为聚合铝铁絮凝剂，实现了钙泥和钠泥的资源化利用。通过在钙泥残渣和钠泥残渣中加入水泥进行固化，实现残渣中重金属的稳定化和无害化。采用去离子水对饱和后的离子交换树脂实施再生过程，采用氢氧化钠溶液对再生过程产生的废水进行处理，实现废水达标排放。
具体步骤为：
1）、制备钠泥和钙泥的酸性提取液：按照钠泥:硫酸溶液=1:1~5的质量比，将含水率为75~80%的钠泥加入质量浓度为10~50%的硫酸溶液中，室温下搅拌反应30~60分钟，经板框压滤去除钠泥残渣A，得到钠泥的硫酸提取液A；按照钙泥:盐酸=1:1~5的质量比，将含水率为75~80%的钙泥加入质量浓度为10~30%的盐酸溶液中，室温下搅拌反应30~60分钟，经板框压滤去除钙泥残渣B，得到钙泥的盐酸提取液。
2）、盐酸提取液净化：将钙泥的盐酸提取液经过离子交换树脂处理30~60分钟后，得到除铅后的钙泥盐酸提取液B。
3）、聚合铝铁絮凝剂制备：将钠泥的硫酸提取液A与除铅后的钙泥盐酸提取液B按照体积比1:1混合，得到提取液混合C；按照铝屑:盐酸=1:10~15的质量比，将铝屑加入质量浓度为10~30%的盐酸溶液中，反应30~60分钟，得到三氯化铝溶液；按照三氯化铝溶液:提取液混合C=1:2~4的体积比，将三氯化铝溶液加入提取液混合C中，室温下搅拌反应30~60分钟，得到聚合铝铁絮凝剂，其中Al2O3+Fe%质量浓度为6~8%，铅离子质量浓度低于10ppm。
4）、残渣固化稳定化：将钠泥残渣A与钙泥残渣B混合，得到残渣C，按照残渣C:水泥=1:0.05~0.2的质量比，加入水泥，搅拌均匀，加工成水泥砌块，养护28小时，残渣C中的重金属铅和锌被固化稳定化，成为惰性固体。
（5）离子交换树脂再生与废水处理：采用去离子水对饱和后的离子交换树脂实施再生过程，再生时间为2~3小时；在再生过程产生的废水中加入质量浓度为5~30%的氢氧化钠溶液，调节pH=5~7，反应30分钟，经板框压滤去除氢氧化物沉淀后，达标排放。
本发明所述酸洗钙泥中的总铁质量浓度为10~15%，总铅质量浓度为0.1~0.3%，钙离子质量浓度为10~16%；所述酸洗钠泥中的总铁质量浓度为30~40%，总铅质量浓度为0.3~0.5%，钙离子质量浓度为0.2~0.5%。
本发明所述离子交换树脂为001×7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、201×7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D301型大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂、D001型大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、D201型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和717型强碱性阴离子交换树脂中的一种。
本发明的有益效果是：
（1）所述方法对于酸泥中的铁和铝的回收率大于90%；
（2）聚合铝铁絮凝剂中Al2O3+Fe%质量浓度为6~8%，铅离子质量浓度低于10ppm；
（3）聚合铝铁絮凝剂对于生活污水的净化性能优异。原生活污水浊度200~300NTU，CODCr400~800mg/L，氨氮20~40mg/L，总磷3~5mg/L，经处理后，浊度下降95~98%，CODCr、氨氮和总磷的去除率分别为75~80%、75~85%和70~80%。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明所述从钢丝绳酸洗钙泥和酸洗钠泥制备聚合铝铁絮凝剂的工艺流程图。
图中：1.硫酸溶液，2.钠泥反应罐，3.板框压滤机，4.钠泥的硫酸提取液A，5.钠泥残渣A，6.钙泥残渣B，7.残渣与水泥混合，8.水泥，9.残渣水泥砌块，10.盐酸溶液，11.钙泥反应釜，12.板框压滤机，13.钙泥的盐酸提取液，14.离子交换树脂反应，15.离子交换树脂再生，16.去离子水，17.氢氧化钠溶液，18.再生废液，19.除铅后的钙泥盐酸提取液B，20.板框压滤机，21.氢氧化物沉淀，22.废水达标排放，23.铝屑，24.盐酸反应釜，25.三氯化铝溶液，26.絮凝剂制备装置，27.提取液混合C，28.聚合铝铁絮凝剂。
具体实施方式
实施例1
参见图1，将2000L质量浓度为10%的硫酸溶液1加入反应罐2中，再加入1000kg含水率为75%的钠泥，室温下搅拌反应30分钟，经板框压滤机3去除10kg钠泥残渣A5，得到2500L钠泥的硫酸提取液A4。将2000L质量浓度为18%的盐酸溶液10加入钙泥反应釜11中，再加入1000kg含水率为75%的钙泥，室温下搅拌反应30分钟，经板框压滤机12去除15kg钙泥残渣B6，得到2500L钙泥的盐酸提取液13。将钙泥的盐酸提取液13经过D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂14处理60分钟后，得到除铅后的钙泥盐酸提取液B19。
（1）聚合铝铁絮凝剂制备：将1250L钠泥的硫酸提取液A4与1250L除铅后的钙泥盐酸提取液B19加入到絮凝剂制备装置26中混合，搅拌15分钟，得到2500L提取液混合C27；将70kg铝屑23逐渐加入盛有800L质量浓度为20%盐酸溶液的盐酸反应釜24中，反应30分钟，得到850L三氯化铝溶液25；将850L三氯化铝溶液25加入到盛有2500L提取液混合C27的絮凝剂制备装置26中，室温下搅拌反应60分钟，得到3350L聚合铝铁絮凝剂28，其中Al2O3+Fe%质量浓度为6.9%，铅离子质量浓度低于10ppm。
（2）残渣固化稳定化：将10kg钠泥残渣A5与15kg钙泥残渣B6混合，加入2kg水泥8后，搅拌混合7，加工成水泥砌块9，养护28小时，残渣中的重金属铅和锌被固化稳定化，成为惰性固体。
（3）D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂再生与废水处理：采用10m3去离子水16对饱和后的1.5m3离子交换树脂实施再生15，再生时间为2小时；在再生过程产生的废液18中加入质量浓度为10%的氢氧化钠溶液17，调节pH=5.8，反应30分钟，经板框压滤机20去除氢氧化物沉淀21后，废水22达标排放。
实施例2
参见图1，将2000L质量浓度为20%的硫酸溶液1加入反应罐2中，再加入1000kg含水率80%的钠泥，室温下搅拌反应45分钟，经板框压滤机3去除12kg钠泥残渣A5，得到2600L钠泥的硫酸提取液A4。将2000L质量浓度为25%的盐酸溶液10加入钙泥反应釜11中，再加入1000kg含水率78%的钙泥，室温下搅拌反应45分钟，经板框压滤机12去除16kg钙泥残渣B6，得到2600L钙泥的盐酸提取液13。将钙泥的盐酸提取液13经过201×7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂14处理60分钟后，得到除铅后的钙泥盐酸提取液B19。
（1）聚合铝铁絮凝剂制备：将1300L钠泥的硫酸提取液A4与1300L除铅后的钙泥盐酸提取液B19加入到絮凝剂制备装置26中混合，搅拌15分钟，得到2600L提取液混合C27；将80kg铝屑23逐渐加入盛有900L质量浓度30%盐酸的盐酸反应釜24中，反应30分钟，得到950L三氯化铝溶液25。将950L三氯化铝溶液25加入到盛有2600L提取液混合C27的絮凝剂制备装置26中，室温下搅拌反应60分钟，得到3550L聚合铝铁絮凝剂28，其中Al2O3+Fe%质量浓度为7.8%，铅离子质量浓度低于10ppm。
（2）残渣固化稳定化：将12kg钠泥残渣A5与16kg钙泥残渣B6混合，加入4.5kg水泥8后，搅拌混合7，加工成水泥砌块9，养护28小时，残渣中的重金属铅和锌被固化稳定化，成为惰性固体。
（3）201×7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂再生与废水处理：采用10m3去离子水16对饱和后的1.5m3离子交换树脂实施再生15，再生时间为3小时；在再生过程产生的废液18中加入质量浓度为10%的氢氧化钠溶液17，调节pH=6.3，反应30分钟，经板框压滤机20去除氢氧化物沉淀21后，废水22达标排放。
实施例3：使用例
将实施例1中制备的聚合铝铁絮凝剂用于生活污水处理。在1m3生活污水中加入1.5kg聚合铝铁絮凝剂，搅拌5分钟，静置沉降60分钟，取样测试生活污水处理效果。处理前，生活污水浊度226.7NTU，CODCr715.6mg/L，氨氮32mg/L，总磷3.8mg/L，经聚合铝铁絮凝剂处理后，污水浊度下降98%，CODCr、氨氮和总磷的去除率分别为78.5%、80.3%和80%。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述方法分别采用盐酸和硫酸作为萃取剂，提取钙泥和钠泥中的金属铁离子和铝离子，通过离子交换树脂去除其中的铅离子，将提取液进一步加工为聚合铝铁絮凝剂，实现钙泥和钠泥的资源化利用，通过在钙泥残渣和钠泥残渣中加入水泥进行固化，实现残渣中重金属的稳定化和无害化，采用去离子水对饱和后的离子交换树脂实施再生过程，采用氢氧化钠溶液对再生过程产生的废水进行处理，实现废水达标排放。
2.如权利要求1所述的一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）、制备钠泥和钙泥的酸性提取液：按照钠泥:硫酸溶液=1:1~5的质量比，将含水率为75~80%的钠泥加入质量浓度为10~50%的硫酸溶液中，室温下搅拌反应30~60分钟，经板框压滤去除钠泥残渣A，得到钠泥的硫酸提取液A；按照钙泥:盐酸=1:1~5的质量比，将含水率为75~80%的钙泥加入质量浓度为10~30%的盐酸溶液中，室温下搅拌反应30~60分钟，经板框压滤去除钙泥残渣B，得到钙泥的盐酸提取液；
2）、盐酸提取液净化：将钙泥的盐酸提取液经过离子交换树脂处理30~60分钟后，得到除铅后的钙泥盐酸提取液B；
3）聚合铝铁絮凝剂制备：将钠泥的硫酸提取液A与除铅后的钙泥盐酸提取液B按照体积比1:1混合，得到提取液混合C；按照铝屑:盐酸=1:10~15的质量比，将铝屑加入质量浓度为10~30%的盐酸溶液中，反应30~60分钟，得到三氯化铝溶液；按照三氯化铝溶液:提取液混合C=1:2~4的体积比，将三氯化铝溶液加入提取液混合C中，室温下搅拌反应30~60分钟，得到聚合铝铁絮凝剂，其中Al2O3+Fe%质量浓度为6~8%，铅离子质量浓度低于10ppm；
4）残渣固化稳定化：将钠泥残渣A与钙泥残渣B混合，得到残渣C，按照残渣C:水泥=1:0.05~0.2的质量比，加入水泥，搅拌均匀，加工成水泥砌块，养护28小时，残渣C中的重金属铅和锌被固化稳定化，成为惰性固体；
5）离子交换树脂再生与废水处理：采用去离子水对饱和后的离子交换树脂实施再生过程，再生时间为2~3小时；在再生过程产生的废水中加入质量浓度为5~30%的氢氧化钠溶液，调节pH=5~7，反应30分钟，经板框压滤去除氢氧化物沉淀后，达标排放。
3.如权利要求1所述的一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述酸洗钙泥中的总铁质量浓度为10~15%，总铅质量浓度为0.1~0.3%，钙离子质量浓度为10~16%；所述酸洗钠泥中的总铁质量浓度为30~40%，总铅质量浓度为0.3~0.5%，钙离子质量浓度为0.2~0.5%。
4.如权利要求1所述的一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述离子交换树脂为001×7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、201×7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D301型大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂、D001型大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、D201型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和717型强碱性阴离子交换树脂中的一种。
5.如权利要求1所述的一种从钢丝绳酸泥制备聚合铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述方法对于酸泥中的铁和铝的回收率大于90%；所述絮凝剂对于生活污水的净化性能优异，原生活污水浊度200~300NTU，CODCr400~800mg/L，氨氮20~40mg/L，总磷3~5mg/L，经处理后，浊度下降95~98%，CODCr、氨氮和总磷的去除率分别为75~80%、75~85%和70~80%。
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