CN107089786B - 一种利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法：首先用十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵均混液处理铝灰，经清洗过滤后干燥,得到改性铝灰；改性铝灰投入市政污泥中,通过搅拌和沉淀作用,使得污泥中固体颗粒与水分；沉淀后的固液态物料在一定压力下,经过滤得到含水率较低的泥饼,与目前常用的脱水工艺得到的污泥含水率相比,该工艺使得污泥含水率大幅度降低，含水率50%以下；同时,经过改性铝灰处理过的污泥的污泥比阻也明显降低,使得污泥的过滤性能大大提高；本工艺生产成本低、能耗小，工艺流程简单可行，市场前景广阔，无环境污染。

Description

一种利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法

技术领域

本发明具体涉及了一种利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法，属于铝灰的资源化应用领域，同时也属于污泥深度脱水的工艺技术领域。

背景技术

铝灰是一种产量大、污染严重的工业废渣，主要来源于电解铝厂、铝型材厂、铸造铝合金厂等铝冶炼企业。据统计，每生产1000t铝，就要产生25 t左右的铝灰。铝灰的大量堆积，不仅造成资源的浪费，同时也造成环境的污染。铝灰的主要成分是SiO₂和Al₂O₃，SiO₂的含量一般在5%～20%，Al₂O₃的含量一般在43%～75%。目前，国内外研究机构和企业将铝灰主要应用在以下几个方面: 1)回收铝；2)合成高效水处理絮凝剂--聚合氯化铝；3)生产硫酸铝；4)将铝灰用于建筑材料中。

目前，随污水处理量的增加，固体废弃物污泥产量日益剧增，据统计 2016 年年末，我国脱水污泥年产量超过2600万t。污泥是城市产生的重要废弃物之一，因较高的含水率而体积庞大，因此对其进行脱水和干燥是实现减量化的重要手段。脱水是污泥处理处置的重要环节，脱水可以大大减少污泥体积。由于其复杂的组成使污泥中的水分通常很难脱除，导致脱水成为污泥处理处置工程的技术瓶颈。目前常用的方法是机械脱水，它是利用机械所产生的压力或离心作用去除污泥中的水分，但是由于污泥的成分、结构复杂，污泥直接进行机械脱水往往达不到预期效果，通常都需要对污泥进行预处理。目前污水处理厂污泥脱水工段较常用的是向污泥中添加阳离子聚丙烯酰胺，通过絮凝作用使得污泥中固体颗粒与水分离。随着专家及学者的深入研究，研发出多种污泥脱水剂及脱水设备。发明申请201510220845.6提到使用聚合氯化铝、氧化钙、硫酸铁、膨润土、淀粉、聚丙烯酰胺制备而成一种新型脱水剂，可有效降低污泥含水率。发明申请201510208090.8公开了一种复合型污泥脱水剂的制备方法，将氧化镁、聚合硫酸铁、三氯化铁、硅藻土、壳聚糖、聚丙烯酰胺充分混合后，制成污泥脱水剂，可将污泥含水率降至60%以下。随着脱水工艺的不断优化和发展，污泥脱水剂种类也日渐增多，脱水效果也逐步提高，但是纵观上述工艺，都存在着能耗高、物料消耗高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产成本低、市场前景好，以铝灰为原料的污泥脱水工艺，以促进工业铝灰的综合利用，并为污泥减量化及资源化提供技术支持。

将固体废物铝灰用于污泥脱水处理工艺中，既为铝灰的资源化利用开辟了一条新路子，缓解铝灰堆存量远大于综合利用量的局面，同时也能够大幅度地降低污泥含水率，有效促进污泥减量化，体现以废治废的环保观，为国内日益严峻的固废处理处置问题提供了一个技术平台。

本发明的技术方案如下：首先制备十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵均混液，用均混液对工业铝灰进行改性，改性后的铝灰干燥冷却后备用；将改性铝灰投入市政污泥中，搅拌反应一定时间后，沉淀，在一定压力下过滤，过滤过程同步测定污泥的比阻。过滤后得到经改性铝灰处理过的泥饼，将泥饼置于瓷坩埚中，放入干燥箱中干燥，按照污泥含水率测定标准进行含水率测定，得到污泥最终含水率。

本发明中利用铝灰提高污泥脱水效果的方法，具体操作如下：

（1）称取一定量的十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入去离子水，混匀后将混合液置于常温条件下振荡2-4h，得到均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用；其中十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:1-1:1.5，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为5-20mmol/L；

（2）在工业铝灰中加入均混液，在20-35℃下于混合搅拌反应器中反应6-24h，得到固液混合物，将固液混合物在一定压力下进行清洗抽滤，重复3次，滤渣即为经均混液处理过的铝灰，置于干燥器中，在90-110℃下干燥2-4h，得到改性铝灰，置于药品袋中备用；其中铝灰与均混液的质量体积比为1g:10mL-100mL，抽滤压力为0.025-0.075MPa；

（3）将改性铝灰投入经重力浓缩后的市政污泥中，在20-35℃下搅拌10-30min，沉淀后在抽滤系统中，进行过滤，过滤过程中同步测定污泥比阻；过滤后得到滤渣即为经改性铝灰处理过的污泥泥饼，将泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在90-110℃下干燥至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率；其中改性铝灰和市政污泥的质量比为1:200-1:1000，搅拌速度为500-1250r/min。

本发明中铝灰来源于铸造铝合金厂，是利用铝矿制备铝制产品过程中产生的副产物，铝灰的主要成分是SiO₂和Al₂O₃,SiO₂的含量一般在5%～20%，Al₂O₃的含量一般在43%～75%。

污泥中固体颗粒主要是通过改性铝灰表面较强的正电性，将固体颗粒吸引至改性铝灰颗粒表面，同时改性铝灰颗粒表面富有大量的孔隙，可以将污泥的固体颗粒吸附到其孔隙内，经过一系列物理化学作用使污泥中固相与液相大幅度分离，达到污泥深度脱水的目的。

本发明的优点和技术效果：

利用铝灰提高污泥脱水效果的方法的研究，既促进工业铝灰的资源化利用，也为污泥脱水及减量化提供了技术支持；

②通过对利用铝灰提高污泥脱水效果的方法的研究，提出将十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵制备成表面活性强度更高的均混液，更有利于对工业铝灰的改性过程，为阳离子表面活性剂的进一步应用提供了技术路线；

③通过对提高污泥脱水效果的研究，提出用改性铝灰吸附污泥中固相成分，并利用改性铝灰表面的多孔隙结构及表面电荷的正电性，将污泥固相颗粒吸入孔内，使污泥中固液相显著分离；经改性铝灰处理过的污泥，其含水率可到50%以下；

本发明与其他脱水工艺相比，对化学药剂的依赖性小，耗能小，工艺简单，利用廉价易得的材料即可制备脱水材料，经济性较好；

本工艺利用工业固废铝灰经改性后，对市政污泥进行处理，体现了以废治废的环保理念，为固体废物间交互利用提供了理论平台，也为以废治废的科研项目提供技术思路。

本发明方法简单易行，生产成本低，变废为宝，无环境影响，既促进工业铝灰的综合利用，也为市政污泥深度脱水工艺的研究提供了技术基础，增大了铝灰资源化利用的产业链，节约了大量的资源，应用前景较为广阔。对利用铝灰提高污泥脱水效果的方法的研究，在促进铝灰资源化利用的同时，还大幅度地降低了污泥含水率，实现了污泥减量化的目的，促进污泥的进一步资源化利用；本工艺简单易操作，耗能低，成本少，不污染环境。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：利用铝灰提高污泥脱水效果的方法，具体操作如下：

（1）称取0.1g十六烷基三甲基溴化铵(相对分子量364.45)与0.1g十八烷基二甲基苄基氯化铵(相对分子量424.15)，加入去离子水100mL，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡2h，待反应结束，得到两者均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为5mmol/L；

（2）在10g工业铝灰中加入100mL浓度为5mmol/L均混液，在20℃下于混合搅拌反应器中反应20h，得到固液混合物，将固液混合物在0.025MPa下用蒸馏水进行清洗抽滤，重复3次，滤渣即为经均混液处理过的铝灰，置于干燥器中，在90℃下干燥4h，得到改性铝灰成品，置于药品袋中备用；

（3）将1g改性铝灰投入200g经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99.5%）中，在20℃下搅拌10min，搅拌速度为500r/min，沉淀后在抽滤系统中，在0.035MPa下进行过滤，过滤过程中同步测定污泥比阻；过滤后得到滤渣即为经改性铝灰处理过的污泥泥饼，将泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在90℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为49.25%。同时，过滤过程测得的污泥比阻为2.13×10¹²m/Kg；污泥含水率和污泥比阻为表征污泥过滤性能的两个指标，污泥比阻越小表示污泥越容易过滤，一般认为污泥比阻在（10～100）×10¹²m/kg的污泥为难过滤的污泥，比阻在（5～9）×10¹² m/kg的污泥为中等，比阻小于4×10¹²m/kg的污泥为容易过滤的污泥。

实施例2：利用铝灰提高污泥脱水效果的方法，具体操作如下：

（1）称取0.1g十六烷基三甲基溴化铵与0.15g十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入30mL去离子水，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡3h，得到均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，其中十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为20mmol/L；

（2）在10g工业铝灰中加入500mL浓度为20mmol/L的均混液，在25℃下于混合搅拌反应器中反应12h，得到固液混合物，将固液混合物在0.04MPa下用蒸馏水进行清洗抽滤，重复3次，滤渣即为经均混液处理过的铝灰，置于干燥器中，在100℃下干燥3h，得到改性铝灰成品，置于药品袋中备用；

（3）将2.5g改性铝灰投入1300g经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99.3%）中，在25℃下，搅拌20min，搅拌速度为800r/min，沉淀后在抽滤系统中，于0.035MPa下进行过滤，过滤过程中同步测定污泥比阻；过滤后得到滤渣即为经改性铝灰处理过的污泥泥饼，将泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在105℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为40.36%。同时，过滤过程测得的污泥比阻为1.59×10¹² m/Kg。

实施例3：利用铝灰提高污泥脱水效果的方法，具体操作如下：

（1）称取0.1g十六烷基三甲基溴化铵与0.15g十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入60mL去离子水，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡4h，待反应结束，得到两者均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，其中均混液的浓度为10mmol/L；

（2）在10g铝灰中加入900mL浓度为10mmol/L的均混液，在30℃下于混合搅拌反应器中反应6h，得到固液混合物，将固液混合物在0.07MPa下用蒸馏水进行清洗抽滤，重复3次，滤渣即为经均混液处理过的铝灰，置于干燥器中，在110℃下干燥2h，得到改性铝灰，置于药品袋中备用；

（3）将5g改性铝灰投入5000mL经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99.4%）中，在30℃下搅拌10min，搅拌速度为1200r/min，沉淀后在抽滤系统中，于0.035MPa下进行过滤，过滤过程中同步测定污泥比阻。过滤后得到滤渣即为经改性铝灰处理过的污泥泥饼，将泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在105℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却。通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为42.38%。同时，过滤过程测得的污泥比阻为2.06×10¹²m/Kg。

Claims (3)

1.一种利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法，其特征在于按如下步骤进行：

（1）称取十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入去离子水，混匀后将混合液置于常温条件下振荡2-4h，得到均混液，备用；其中十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:1-1:1.5，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为5-20mmol/L；

（2）在工业铝灰中加入均混液，在20-35℃下搅拌反应6-24h，得到固液混合物，将固液混合物进行清洗抽滤，重复3次，滤渣即为经均混液处理过的铝灰，在90-110℃下干燥2-4h，得到改性铝灰，备用；其中铝灰与均混液的质量体积比为1g:10mL-100mL；

（3）将改性铝灰投入经重力浓缩后的市政污泥中，在20-30℃下搅拌10-30min，沉淀后置于抽滤系统中，进行抽滤，滤渣即为经改性铝灰处理过的污泥泥饼，其中改性铝灰和市政污泥的质量比为1:200-1000。

2.根据权利要求1所述的利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法，其特征在于：步骤（2）中抽滤压力为0.025-0.075MPa。

3.根据权利要求1所述的利用铝灰提高市政污泥脱水效果的方法，其特征在于：步骤（3）中搅拌速度为500-1250r/min。