CN114873900B - 一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺。本发明的工艺包括利用赤泥通过高温活化后生成复合型铁盐生产污泥调理破壁剂，并生产出石膏副产品，同时利用主工艺的副产物复合少量石灰，制作污泥pH调理剂，污泥调理破壁剂和污泥pH调理剂同时用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，实现市政污泥减量化和无害化，更有利于市政污泥资源化(相对于传统工艺)。本发明同步实现赤泥综合化利用和市政污泥的减量化、无害化和资源化处理，本发明处理效果好、污泥深度干化能满足国家及环保行业对市政污泥深度的处理及再利用要求。

Description

一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺

技术领域

本发明涉及市政污泥固废处理和赤泥综合利用固废处理，特别涉及一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺。

背景技术

随着人类社会的发展与经济的进步，国家对于环境问题的重视，目前我国工业废水和城镇生活污水排放总量超过了620亿吨，如果全部得到处理，则将产生污泥量(干重)为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2％。假定城市日供水能力为150万吨，产生污水量约120万吨；日处理污水能力约为60万吨，污泥量(干重)约为65吨，湿污泥量达到6500吨。如此巨大的污泥量，在贮存、处理、运输过程中，会耗费大量的人力、物力，因此污泥处理问题将越来越突出，亟需一种可持续的处理工艺解决市政污泥的减量化，无害化和资源化，本发明专利工艺能够很好的实现该需求。

污泥中含量最多的是水，可达总质量的95％～99.5％，将其中的水分去除，就会大大缩小污泥的体积，但研究表明城市污水处理厂污泥中固体物质主要是腐殖质，它由亲水性的带负电的胶体微粒组成，与水亲和力很强，比阻值大，脱水性能差，给处理和处置带来很多问题。为此在污泥进行机械脱水前，通常需要调理剂进行调理，以改变污泥颗粒表面性质和组分，破坏污泥的胶体结构，减小与水的亲和力，从而改善脱水性能。污泥调理方法有化学调理法、淘洗加药法、冷冻法和加热调理法，而化学调理法(FeCl₃和石灰)被长期而广泛使用，但是传统的化学调理法存在诸多弊端：1、石灰占比过多，影响污泥后续的资源化，2、生产环境恶劣，3、处理成本高，4、处理消耗的干净水多，并增加后续废水的处理难度。本发明工艺采用以废治废的思路，减量石灰占比，减少散发的臭味，大大改善生产环境，降低生产成本，调理后的上清液水质清澈，可循环利用，可减少干净水的消耗。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，因含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，故被称为赤泥。因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，大约每生产1吨氧化铝要排放1.0～1.8吨赤泥。中国作为氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨。赤泥在堆放过程中除了占用大量土地外，还由于赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。赤泥中含有的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝等，其含量较高，超过了中国国家规定的排放标准。堆存量不断增大的赤泥所造成的越来越严重的环境污染，已使赤泥综合利用成为炼铝工业一项急需解决的难题。大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

本发明一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺就是在结合了现有多种常规处理技术的基础之上，以废治废，通过工艺创新和优化，自己生产自己消纳，各工艺段互相促进、综合处理，实现了市政污泥和赤泥综合处理的高效、经济、节能的功效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种建设投资低、处理效果好、固废处理能满足国家及固废行业需求的一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺。

本发明的技术方案为：

一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，包括污泥调理破壁剂的制备，污泥pH调理剂制备和市政污泥深度脱水(高压隔膜板框法)；三套工艺相辅相成，其中高效污泥调理破壁剂的制备工艺和高效污泥pH调理剂制备工艺，产物与中间产物相互补充，相互配套在市政污泥深度脱水(高压隔膜板框法)调理工艺上实现作用职能。

进一步地，所述污泥调理破壁剂的制备方法为：先对赤泥进行碾磨过筛，与造孔剂充分混合制成生料，然后对生料进行焙烧，制成反应熟料，留存少部分熟料，然后对余下的熟料进行充分水浸，精滤后留滤渣；对滤渣进行循环酸浸反应，留饱和滤液，充分进行氧化反应并保持氧化剂富余；以留存的熟料对铁铝饱和溶液调节pH，取上清液充分并熟化，辅助加FeCl₃，保持有效铁剂量，即得污泥调理破壁剂。

进一步地，所述赤泥为制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥等，优选拜耳法赤泥。赤泥的化学成分如表1所示。

表1赤泥的化学成分(％)

本工艺是同时最大化利用赤泥里面的CaO，Al₂O₃和Fe₂O₃，硅钙：铁铝质量比大致在3：1时，可实现最大化资源利用，由上表可知现行主流制铝工艺拜耳法赤泥可通过本工艺实现较优利用。烧结法赤泥和联合法赤泥亦可实现综合利用，但是需要更多的外置石灰和三氯化铁来平衡系统需求。因此，优选拜耳法赤泥，后续描述以拜耳法赤泥为基础进行描述，烧结法赤泥和联合法赤泥综合利用，在关键控制点上不变，但物料平衡需要重新设计。

进一步地，所述造孔剂为碳酸钠或氢氧化钠，造孔剂的用量为赤泥的造孔剂的用量为赤泥的0.5-0.8倍，造孔剂的作用性原理是增加后续焙烧赤泥的反应效果。

进一步地，所述造孔剂中还添加助剂，所述助剂为氯化钠或者氯化钾，所述助剂的用量为赤泥质量的0.001-0.02，即赤泥：造孔剂：助剂的质量比为1：0.5-0.8：0.001-0.02。

进一步地，焙烧的温度为700-1000℃，时间为40min-2小时。

进一步地，所述的循环酸浸反应，采用1-12mol/L的稀硫酸，温度为80-90℃。

进一步地，所述氧化剂为氯酸钾、次氯酸钠或过氧化氢，优选氯酸钾，氧化剂：亚铁离子摩尔比略大于1：6，如(1.02-1.1)：6，即保持溶液中还原性铁离子全部氧化后，氧化余量，氧化余量越多，对越难破壁的污泥处理效果越佳；氧化反应的时间为30min-60min。其中次氯酸钠反应尾气生成Cl₂和HCl，对生产环境存在不良影响，过氧化氢在酸性温度较高的介质中反应过快，不好控制。采用氯酸钾为佳，在系统中Fe²⁺全部氧化成Fe³⁺后，保持氧化剂：铁离子摩尔比略大于1：10。

进一步地，pH调节至2-4。

进一步地，所述污泥pH调理剂，由污泥调理破壁剂的制备中的水浸上清液、碾磨过筛的干赤泥粉和石灰调配而成，控制污泥pH调理剂保持有效钙硅投加剂量占污泥绝干重的3.0％-4.2％，污泥pH调理剂中保持钙占有效硅钙的30％以上，且pH值大于14即可，也就是说，污泥pH调理剂中各成分的用量，随着泥质的变化等有微调，如石灰需要增量，满足上述条件即可。

进一步地，所述市政污泥深度脱水采用高压隔膜板框法，将浓缩后的地市政污泥冲击破碎后，投加污泥调理破壁剂，投加剂量为污泥绝干重的0.71％-0.85％，再投加污泥pH调理剂，投加剂量为污泥绝干重的3.0％-4.2％，最后投加分子量≥1200万的高分子阳离子，进行絮凝沉降，最后进机压滤直至完成泥饼压滤。

进一步地，所述高分子阳离子为阳离子聚丙烯酰胺。

市政污泥在污泥调理破壁剂和污泥pH调理剂的相互作用下，经过一系列的深度处理后，最终泥饼含水量稳定在45％-55％，满足行业和国家对市政污泥固废深度处理的需求。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用以废治废的思路，钙占有效硅钙的30％以上的污泥pH调理剂完全替代100％石灰钙，从而能够明显减少石灰的占比，大概能减少30％-70％的石灰用量，并节省生产成本。

(2)相对于传统的化学调理法(三氯化铁和石灰法)，本发明用桥架脱水的式替代部分化学破壁的作用，减轻氧化激发，反应更加柔和，减少散发的臭味，大大改善生产环境，同时还能对高压板框滤布可伸缩性有一定的保护，延长其寿命周期。

(3)相对于传统的化学调理法(三氯化铁和石灰法)，因为活化了更多絮凝离子如铝离子，并作了盐基度调整(盐基度调试参数详见下表2)，在实现污泥破壁处理的同时实现上清液的净化沉淀，所以调理后的上清液水质清澈，并可循环利用，可减少干净水消耗的同时，污泥对工作滤布的污堵情况改善，延长单次滤布使用周期，提升生产效率约为15％。

表2阳离子聚丙烯酰胺PAM盐基度调整表

(4)本发明无二次污染产生，赤泥固废和市政污泥固废均得到妥善处理。

(5)试用范围广，几乎适合所有类型的赤泥的综合利用，基本上解决因为赤泥源头生产工艺不同而导致的综合利用困难的问题。

(6)处理后地市政污泥资源化将更加方便，因为干化后地市政污泥干化后硅钙比降低了30％-70％，能够更好地延展市政污泥的资源化，尤其是制砖等建筑材料方面。

(7)赤泥回收利用的铁铝药剂不需要蒸发干燥就可能制成工业制成品外销。

附图说明

图1为本发明工艺的生产工艺流程示意图。

图2为本发明工艺的市政污泥中水分的存在形式示意图。

图3为本发明工艺的市政污泥中污泥的含水率与污泥地状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。

如图1至2所示，本发明的工艺包括污泥调理破壁剂的制备，污泥pH调理剂制备和市政污泥深度脱水(高压隔膜板框法)。

污泥调理破壁剂制备工艺：先对赤泥S1进行碾磨过筛得到S2，与造孔剂、助剂粉末充分混合，赤泥：造孔剂：助剂质量比为1：0.5-0.8：0.001-0.02，制成生料S5，然后对生料S5进行焙烧，制成反应熟料S6，留存部分熟料S6后，对剩余熟料S6进行充分水浸，精滤后留滤渣S7，上清液S8主要用于制备污泥pH调理剂S12；对滤渣S7进行循环酸浸反应，留饱和滤液S10，滤渣提纯硅酸和石膏(产品)S9，对滤液S10并进行充分氧化并保持氧化剂富余；取留存的熟料S6对铁铝饱和溶液S10，调节pH至2-4，取上清液充分并熟化，辅助加FeCl₃，保持有效铁剂量，最后制成污泥调理破壁剂S11。

污泥pH调理剂制备工艺：制作污泥pH调理剂，由上述水浸上清液S8、碾磨过筛的干赤泥粉S3和少量的石灰调配而成，控制污泥pH调理剂保持有效钙硅投加剂量占污泥绝干重的3.0％-4.2％，污泥pH调理剂中保持钙占有效硅钙的30％以上，且pH值大于14。

市政污泥深度脱水调理工艺：采用高压隔膜板框法，将浓缩后地市政污泥，冲击破碎后，投加污泥调理破壁剂S11，投加剂量为污泥绝干重的0.71％-0.85％，再投加污泥pH调理剂S12，投加剂量为硅钙有效量占污泥绝干重的3.0％-4.2％，最后投加阳离子聚丙烯酰胺(分子量≥1200万，盐基度根据泥质调整(见表2)进行絮凝沉降，最后进机压滤，直至完成泥饼压滤。

更具体地，上述工艺，包括如下步骤：

(1)污泥调理破壁剂制备工艺：

第一步将赤泥S1按照200-350目(越细反应越好)碾磨过筛，其中赤泥粉末预留部分S3作为污泥pH调理剂的底剂，其他部分S2与碳酸钠S4(或氢氧化钠)，混合少量的助剂(氯化钠或者氯化钾)，充分混合，赤泥：造孔剂：助剂的质量比为1：0.5-0.8：0.001-0.02，制成反应生料S5，在700-1000℃温度下焙烧40min-2H(越细反应时长越短)，制成反应熟料S6。

第二步对焙烧后的熟料S6进行充分水浸，充分溶解，对孰料中的Na₂O，CaO等碱金属氧化物进行充分溶解，溶解的上清液S8，可作为污泥pH调理剂的稀释溶液(主要消纳部分)，污泥pH调理剂的配置固液比1：9，同时可以反复水浸或者饱和的水浸上清液，通过曝气CO₂炭化后沉淀出CaCO₃，溶液中的Na₂CO₃干化后可作为焙烧助剂S4。

第三步水浸后的精滤滤渣S7，用1-12mol/L的稀硫酸，在85±5℃的条件下进行充分的循环酸浸反应，搅拌过滤，得到饱和的铁铝饱和溶液S10，并析出硅酸和少量的硫酸钙沉淀S9。经过洗涤净化后，得到纯净的硅酸和石膏产品，酸浸反应时长不短于2.5小时，以保障铁铝充分活化。

第四步饱和的铁铝溶液S10，可选的加入氧化剂有：氯酸钾、次氯酸钠和过氧化氢，其中次氯酸钠反应尾气生成Cl₂和HCl，对生产环境存在不良影响，过氧化氢在酸性温度较高的介质中反应过快，不好控制。采用氯酸钾为佳，在系统中Fe²⁺全部氧化成Fe³⁺后，保持氧化剂：铁离子摩尔比略大于1：10。氧化反应时间30min-60min。

第五步饱和的铁铝溶液S10充分氧化后加焙烧后的赤泥粉末S6，主要为活化后的CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O等，调节pH至2-4，调整盐基度(见表2)，充分反应，取上清液充分，熟化3-4小时，混合药剂不作降温处理，温度对高效污泥调理破壁剂的污泥破壁作用有利。

第六步根据不同赤泥生产工艺，制成的高效污泥调理破壁剂S11，可通过附加FeCl₃，调节药剂中三价铁离子含量，保持有效铁投加剂量占污泥绝干重的0.71％-0.85％(质量比，随着泥质的变化有微调)最终制成高效污泥调理破壁剂S11。

(2)污泥pH调理剂制备工艺：

第一步由水浸上清液S8(碱和CaO)、碾磨过筛的干赤泥粉S3(CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O和SiO₂)和少量的石灰(调节硅钙比)，其中水浸上清液S8(碱和CaO)混合特性与石灰的特性类似，可以以废治废，消纳赤泥。碾磨过筛的干赤泥粉(CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O和SiO₂)其中的Na₂O和CaO混合特性与石灰的特性类似，可以以废治废，消纳赤泥；另外的Fe₂O₃和Al₂O₃虽然未经活化处理，但在一定程度上辅助污泥调理的絮凝作用，降低调理破壁剂药剂用量；剩下的SiO₂或者硅酸盐是一种良好助滤剂，在污泥深度脱水中起到良好的架桥支柱作用，让污泥中解析出的水通过桥架支柱间隙顺利流出来。

第二步污泥pH调理剂S12保持有效钙硅投加剂量占污泥绝干重的3.0％-4.2％，且钙占有效硅钙的30％以上(质量比，随着泥质的变化有微调，石灰需要增量)。

(3)市政污泥深度脱水(高压隔膜板框法)调理工艺：

第一步通过离心或者带式脱水后的市政污泥(含水量80％-90％)，通过冲击破碎后调理成95％-97％的污泥。

第二步投加污泥调理破壁剂S11，投加剂量为污泥绝干重的0.71％-0.85％(质量比，随着泥质的变化有微调)，充分反应20min-30min，泥质呈弱酸性。

第三步投加污泥pH调理剂S12，投加剂量为有效硅钙量占污泥绝干重的3.0％-4.2％，且钙占有效硅钙的30％以上(质量比，随着泥质的变化有微调，石灰需要增量)。污泥泥质pH值8.5-9.5，污泥pH调理剂能保持对污泥中细菌和虫卵的灭杀作用和对污泥的改性脱水桥架作用。

第四步投加阳离子聚丙烯酰胺(分子量≥1200万，盐基度根据泥质调整，见表2)，进行絮凝沉降，直至出现大矾花(直径≥4mm，8mm为佳)为止，即可进料上隔膜高压板框压滤。

第五步隔膜高压板框压滤最大压榨压力16Kg，出泥泥饼含水量稳定在45％-55％。

全工艺采用以废治废思路，制成的污泥调理破壁剂和污泥pH调理剂，不受国家和行业产品标准限制，灵活机动，可通过附加的FeCl3和石灰来灵活调节产品性能，自产自用，简单高效，节省生产处理成本，在实现赤泥综合利用的同时，也实现市政污泥的减量化和无害化，同时减量污泥中石灰用量的30％-70％，扩展市政污泥的资源化，实现污泥高效利用的良性循环。

市政污泥在污泥调理破壁剂和污泥pH调理剂的相互作用下，经过一系列的深度处理后，最终泥饼含水量稳定在45％-55％，满足行业和国家对市政污泥固废深度处理的需求。

Claims (7)

1.一种赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，包括污泥调理破壁剂的制备，污泥pH调理剂制备和市政污泥深度脱水，所述污泥调理破壁剂的制备和污泥pH调理剂制备均包括赤泥的高温焙烧活化；

所述污泥调理破壁剂的制备方法为：先对赤泥进行碾磨过筛，与造孔剂碳酸钠或氢氧化钠充分混合制成生料，然后对生料进行焙烧，制成反应熟料，留存少部分熟料，然后对余下的熟料进行充分水浸，精滤后留滤渣；对滤渣进行循环酸浸反应，留饱和滤液，充分进行氧化反应并保持氧化剂富余；以留存的熟料对铁铝饱和溶液调节pH，取上清液充分并熟化，辅助加FeCl₃，保持有效铁剂量，即得污泥调理破壁剂；

所述污泥pH调理剂，由污泥调理破壁剂的制备中的水浸上清液、碾磨过筛的干赤泥粉和石灰调配而成，控制污泥pH调理剂保持有效钙硅投加剂量占污泥绝干重的3.0%-4.2%，污泥pH调理剂中保持钙占有效硅钙的30%以上，且pH值大于14；

所述市政污泥深度脱水采用高压隔膜板框法，将浓缩后的地市政污泥冲击破碎后，投加污泥调理破壁剂，投加剂量为污泥绝干重的0.71%-0.85%，再投加污泥pH调理剂，投加剂量为污泥绝干重的3.0%-4.2%，最后投加分子量≥1200万的阳离子聚丙烯酰胺，进行絮凝沉降，最后进机压滤直至完成泥饼压滤。

2.根据权利要求1所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，所述赤泥为制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物。

3.根据权利要求1或2所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，所述造孔剂的用量为赤泥的0.5-0.8倍。

4.根据权利要求3所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，所述造孔剂中还添加助剂，所述助剂为氯化钠或氯化钾，所述助剂的用量为赤泥质量的0.001-0.02，即赤泥：造孔剂：助剂的质量比为1：0.5-0.8：0.001-0.02。

5.根据权利要求1或2所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，焙烧的温度为700-1000℃，时间为40min-2小时。

6.根据权利要求1所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，所述的循环酸浸反应，采用1-12mol/L的稀硫酸，温度为80-90℃。

7.根据权利要求1所述的赤泥综合利用于市政污泥调理深度脱水处理工艺，其特征在于，所述氧化剂为氯酸钾、次氯酸钠或过氧化氢，氧化剂与铁离子的摩尔比为（1.02-1.1）：6，氧化反应的时间为30min-60min；pH调节至2-4。