CN115805229B - 一种赤泥碱性调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥碱性调控方法，将刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水按一定的比例与赤泥进行混合，其中刺梨渣的施用量为赤泥质量的20%，酿酒废水厂污泥的施用量为赤泥质量的5%，25%浓度的酿酒废水稀释液的施用量为40 mL/100 g赤泥；将S1中制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物静置陈化1～2d；在S2的基础上，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分，静置陈化7～8d。该方法具有原料来源广泛、成本低廉、经济可行、操作方法简单等优点，能高效调控赤泥的盐碱性。而且有效改善赤泥的物理‑化学‑微生物特性，为碱性调控后的赤泥进一步生态恢复提供较好的基础条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种赤泥碱性调控方法,属于工业固体废弃物的无害化处理技术领域。
背景技术
赤泥是生产氧化铝过程中产生的一种具有强碱性的工业固体废弃物，每生产1 t氧化铝会产生1.0～2.0t赤泥。至今，全球累计赤泥堆存量已经超过46亿t；全球的赤泥年产量已经超过1.6亿t，其中我国的赤泥年产生量约1亿t左右，赤泥历史堆存量已超10亿t。资源化利用是大量消纳赤泥的重要途径，目前针对赤泥的综合利用（有价金属回收、开发建筑材料、环境修复等）已开展了许多尝试，但全球的赤泥资源化利用率仍不足10%，致使大量的赤泥只能通过筑坝堆存。赤泥的大量堆放已对周边土壤、大气、水体环境质量存在潜在威胁。赤泥堆场环境安全问题正严重威胁氧化铝工业的可持续发展。因此，控制赤泥堆场污染风险向周边环境扩散已成为亟待解决的重要环境问题。赤泥综合利用率低、自然风化过程慢，植物难以生长，堆场生态重建难，碱性调控是改善赤泥理化性质、促进赤泥土壤化的关键环节。
赤泥碱性调控是解决赤泥堆存问题的主要方向，国内外关于赤泥碱性调控的方法主要包括水洗法、酸中和法、海水法、石膏法、生物法等。其中，水洗法需要消耗大量水且无法实现对化学结合碱碱性的有效调控（脱碱效率低），同时会造成水资源浪费；而酸中和法需要加入大量价格昂贵的酸性化学药剂，这些化学药剂会促使赤泥中Fe、Si、Al等形成胶体物质，使其造成难以过滤。另外，易造成Al毒危害且会引入大量杂离子，造成二次污染，酸中和法不仅导致脱碱赤泥的产率低而且使其呈现出酸性，不利于后续利用；而海水法则需要较高的液固比，仅适用于沿海地区的制铝工业，对赤泥堆存管理、周边环境及人体健康有潜在影响；而石膏法是利用废石膏中的Ca2+与赤泥中的Na+发生置换反应，SO4 2-与赤泥中碱性物质发生中和反应，成本相对较低，但是废石膏中存在的有害杂质致使浸出液中氟和重金属含量较高。石膏的溶解速度慢，同时磷石膏获取途径受到区域局限性影响。生物调碱法经济性较好，工程应用投入成本低，无二次污染问题，有利于改善赤泥堆场植物生长环境，促进堆场生态重建。但是耐性产酸型微生物筛选较难及适宜的接种环境配置较高，调碱周期较长。
申请公布号CN1127236688A的发明专利公开了“一种赤泥脱碱的技术”。将赤泥、浓硫酸与水按比例混合制成浆料，然后经过静置-连续搅拌-抽滤分离等工艺实现赤泥脱碱。虽然在碱性调控方面具有快速、简单、高效的效果，但该技术存在酸性化学药剂消耗量大、成本高，易产生二次污染等问题，因此添加酸性化学药剂使赤泥脱碱存在局限性。授权公告号CN110127725B的发明专利授权公告了“一种拜耳法赤泥的脱碱方法”。在赤泥中加入含氧化钙物料及强氧化剂、氟化物形成混料，经过强化扩散预处理-常压脱碱反应-分离洗涤等工艺实现赤泥脱碱，该方法可使赤泥中碱含量降低至1%以下，但操作流程复杂，需控制温度，压力等条件，同时添加了次氯酸钠、硝酸钾等多种强氧化剂以及氟化钠、氟化钾、氟化氢氨等多种氟化物，脱碱成本高，药剂消耗量大，易造成二次环境污染。
目前，关于赤泥碱性调控的方法均有一定成效，但存在着药剂消耗量大、经济效益差、流程复杂、施工难度大、能耗高、碱性调控不彻底、维护管理难等，其规模化应用极其受限。因此，针对赤泥的强碱性，开发一种经济高效的赤泥碱性调控方法对促进赤泥土壤化进程及可持续植被修复具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种赤泥碱性调控方法。用于解决目前赤泥碱性调控成本高、操作复杂等问题。
本发明的技术方案：一种赤泥碱性调控方法，包括有以下步骤：
S1：将刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水按一定的比例与赤泥进行混合，其中刺梨渣的施用量为赤泥质量的20%，酿酒废水厂污泥的施用量为赤泥质量的5%，25%浓度的酿酒废水稀释液的施用量为40mL/100 g赤泥；
S2：将S1中制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物静置陈化1～2d；
S3：在S2的基础上，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分，静置陈化7～8d。
前述的赤泥碱性调控方法中，所述赤泥、刺梨渣和酿酒废水厂污泥分别经自然风干后研磨过10目筛备用。
前述的赤泥碱性调控方法中，步骤S3中，维持赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物的含水量为40%～50%。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种赤泥碱性调控方法，以刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水为主要材料实现赤泥的碱性调控。其主要的碱性调控机理为：
1）加入赤泥的刺梨渣和酿酒废水呈酸性，是由于刺梨渣富含草酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、乙酸等有机酸，酿酒废水含有乙酸、异丁酸、己酸等有机酸，刺梨渣、酿酒废水中的这些活性酸性物质能在一地程度上对赤泥中的碱性物质具有中和作用，在一定程度上对降低赤泥的碱性有贡献；
2）酿酒废水及其处理厂产生的污泥中含有丰富的微生物群落（如酸性酵母菌等），以及这些有机物料促进赤泥中微生物群落演替及转化，共同将刺梨渣和酿酒废水厂污泥中的高含量有机物（蛋白质、碳水化合物、纤维素、脂类等）进行微生物分解，持续产生小分子量的有机酸，实现赤泥中碱性调控。
本发明的核心思想即为利用刺梨渣和酿酒废水自身酸性实现赤泥一部分碱性中和，再利用酿酒废水厂污泥及酿酒废水中丰富的微生物群落促进刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水中的有机物质分解持续产生不同类型小分子量有机酸实现赤泥碱性调控。该方法具有原料来源广泛、成本低廉、经济可行、操作方法简单等优点，能高效调控赤泥的盐碱性。另外，这些有机物料的输入还可以促进赤泥中有机质、氮、磷、钾等物质的大量积累，一些重要的功能微生物群落定殖，有效改善赤泥的物理-化学-微生物特性，为碱性调控后的赤泥进一步生态恢复提供较好的基础条件。因此，该方法不仅能绿色高效经济的调控赤泥的强碱性，同时还能为赤泥土壤化及可持续生态恢复提供良好的基质条件。
附图说明
附图1为本发明的实施例与不同的对比例中赤泥的碱性调控效果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：将采集的赤泥、酿酒废水厂污泥、刺梨渣风干、破碎、过筛成≤2 mm粒径备用；称取100g备用赤泥置于塑料杯中，刺梨渣的添加量为赤泥质量的20%，酿酒废水厂污泥的添加量为赤泥质量的5%，酿酒废水稀释液（25%）的添加量为40 mL/100g赤泥。将赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水组成的混合物静置陈化1～2d；随后，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），静置陈化7～8d后分析赤泥碱性调控效果。
该技术方案中，酿酒废水稀释液的添加量为40mL/100g可以保证酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），更加有利于陈化过程中各物质之间的相互协同作用。
对比例1：将采集的赤泥进行风干、破碎、过筛成≤2 mm粒径备用；称取100 g备用赤泥置于塑料杯中，不添加任何改良材料，适当加水保持赤泥的含水率达40%～50%，静置陈化7-8d。
对比例2：将采集的赤泥、酿酒废水厂污泥、刺梨渣风干、破碎、过筛成≤2 mm粒径备用；称取100 g备用赤泥置于塑料杯中，刺梨渣的添加量为赤泥质量的5%，酿酒废水厂污泥的添加量为赤泥质量的5%，酿酒废水稀释液（25%）的添加量为40 mL/100g赤泥。将赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水组成的混合物静置陈化1～2d；随后，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），静置陈化7～8d后分析赤泥碱性调控效果。
对比例3：将采集的赤泥、酿酒废水厂污泥、刺梨渣风干、破碎、过筛成≤2mm粒径备用；称取100g备用赤泥置于塑料杯中，刺梨渣的添加量为赤泥质量的10%，酿酒废水厂污泥的添加量为赤泥质量的5%，酿酒废水稀释液（25%）的添加量为40 mL/100g赤泥。将赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水组成的混合物静置陈化1～2d；随后，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），静置陈化7～8 d后分析赤泥碱性调控效果。
对比例4：将采集的赤泥、酿酒废水厂污泥、刺梨渣风干、破碎、过筛成≤2 mm粒径备用；称取100g备用赤泥置于塑料杯中，刺梨渣的添加量为赤泥质量的10%，酿酒废水厂污泥的添加量为赤泥质量的10%，酿酒废水稀释液（50%）的添加量为40 mL/100g赤泥。将赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水组成的混合物静置陈化1～2 d；随后，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），静置陈化7～8 d后分析赤泥碱性调控效果。
对比例5：将采集的赤泥、酿酒废水厂污泥、刺梨渣风干、破碎、过筛成≤2 mm粒径备用；称取100g备用赤泥置于塑料杯中，刺梨渣的添加量为赤泥质量的20%，酿酒废水厂污泥的添加量为赤泥质量的10%，酿酒废水稀释液（50%）的添加量为40mL/100g赤泥。将赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水组成的混合物静置陈化1～2d；随后，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分（40%～50%），静置陈化7～8 d后分析赤泥碱性调控效果。
由于赤泥在中性环境下时更加有利植生环境的恢复，结合图1可知，对比例1中赤泥未做相关处理时，其PH值高达11左右，而使用实施例1、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5的技术方案对其进行处理后，均能够降低其pH值，但是经对比例2和对比例4的方案处理后的赤泥pH仍然高于7，故不考虑。而对比例3的技术可以将pH调整至7左右，实施例1和对比例5的技术方案均能够将赤泥的pH值降低至7以下，将其降低至7以下，留有一定的缓冲空间，避免赤泥土壤碱性提高，故实施例1和对比例5的技术方案较之对比例3的技术方案更加安全、可靠。
虽然对比例5的技术方案亦能够将赤泥的pH值降低至7以下，但是结合其电导率分析可知，经过改良后的电导率增幅过大，后期赤泥土壤中进行植被恢复过程中，是非常不利于植物生长的。
因此，刺梨渣-酿酒废水厂污泥-酿酒废水联合作用实现赤泥碱性高效调控，其中实施例1中赤泥的碱性调控效果最好，即刺梨渣的添加量为20%，酿酒废水厂污泥的添加量为5%，酿酒废水稀释液（25%）的添加量为40mL/100 g赤泥时，赤泥的碱性调控效果最好，由于刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水中含有丰富的营养物质，这些物料添加明显增加赤泥中电导率（EC），但又不至于影响后期赤泥土壤中植物的生长。
确认实施例1为最佳实施方式后，我方还将实施例1的中的刺梨渣-酿酒废水厂污泥-酿酒废水中的任意一种物质或任意两种物质按照实施例1的用量与赤泥进行混合，并按照实施例1的方式进行处理。最终处理测试结果如下表1所示。
表1 赤泥与一种物质或两种物质混合处理后的测试结果
由表1的内容可知，赤泥与任意一种物质或者任意两种物质进行混合处理之后，均无法将其pH 值调整至7以下，因此使用刺梨渣-酿酒废水厂污泥-酿酒废水中的任意一种或者任意两种与赤泥进行混合，用于其碱性调控的方法均无法达到预期效果。
Claims (1)
1.一种赤泥碱性调控方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1：将刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水按一定的比例与赤泥进行混合，其中刺梨渣的施用量为赤泥质量的20%，酿酒废水厂污泥的施用量为赤泥质量的5%，25%浓度的酿酒废水稀释液的施用量为40mL/100g赤泥；
S2：将S1中制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物静置陈化1～2d；
S3：在S2的基础上，适量浇水保持制备的赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物具有充足的水分，静置陈化7～8d；
所述赤泥、刺梨渣和酿酒废水厂污泥分别经自然风干后研磨过10目筛备用；
步骤S3中，维持赤泥、刺梨渣、酿酒废水厂污泥、酿酒废水混合物的含水量为40%～50%。
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