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Description

含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法與系統
本發明係與含鋁廢棄物回收再利用的技術有關，更詳而言之是指一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法與系統者。
按，由於鋁為兩性物質，含鋁污泥之鋁鹽回收方式不外乎進行污泥之酸化或鹼化程序，大多的研究結果顯示，當酸化PH＜2及鹼化PH＞12時，會產生最佳的鋁鹽回收效率，且以酸化程序進行鋁鹽回收之研究明顯多於鹼化程序，所持的理由為酸化可直接製備硫酸鋁使用，相對的，鹼化程序最終仍需以酸液調整為鋁鹽為硫酸鋁溶液，此舉將多耗費許多酸液。
然而，無論是以酸化或鹼化進行含鋁汙泥之鋁鹽回收，各研究中鋁離子的溶出回收濃度大多為數百ppm至數千ppm之間，離商業化的數萬ppm尚有一段距離，因此，濃縮得到高濃度鋁鹽之回收技術將是鋁鹽再利用的關鍵。
此外，習知有利用金屬於不同pH下溶解度不同的觀念進行溶出和固液分離之技術，如中華民國發明第I316510號、第I300058號、新型第M302575號及公開第200831154號、第200900511號等專利所示，不過，並未有以酸液、鹼液對含鋁污泥進行酸化、鹼化，經混合後取Al(OH)3 (am)沉澱物，於尚未老化前再酸溶而獲得鋁鹽濃縮液之技術。
本發明之主要目的即在提供一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法與系統，其可在不耗能的情況下得到高濃度鋁鹽溶液，可提供混凝劑再製的有效原料。
緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法，其步驟至少包含有酸化：將污泥加入一酸化槽並添加水予以攪拌，再將一酸液加入該酸化槽進行酸化，將酸鹼值pH控制約為2，之後進行固液分離；鹼化：將污泥加入一鹼化槽並添加水予以攪拌，再將一鹼液加入該鹼化槽進行鹼化，將酸鹼值pH控制約為12，之後進行固液分離；混合：將酸化及鹼化步驟固液分離所得之濾液混合，並予以攪拌、靜置產生Al(OH)3 沉澱，進行固液分離以取得Al(OH)3 沉澱物；濃縮：將鹽酸加入Al(OH)3 沉澱物予以攪拌進行溶解，並控制酸鹼值pH約為3，即可獲致鋁鹽濃縮液。
此外，本發明更提供一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮系統，包含有一酸化槽與一鹼化槽，用以分別供含鋁之污泥添加酸液與鹼液以進行酸化與鹼化；二靜置沉澱槽，分別連接該酸化槽與鹼化槽，用以分別供酸化與鹼化後之污泥溶液進行固液分離，以分離出酸性污泥、鹼性污泥與濾液；一混合沉澱槽，連接該二靜置沉澱槽，用以供該二靜置沉澱槽內取得之濾液進行混合；一過濾槽，連接該混合沉澱槽，用以供該混合沉澱槽內混合之濾液進行固液分離，以取得Al(OH)3 沉澱物；一濃縮槽，連接該過濾槽，用以供Al(OH)3 沉澱物與鹽酸混合，以獲致鋁鹽濃縮液。
以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：首先，請參閱第一圖及第二圖所示，本發明一較佳實施例含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法，係運用一鋁鹽回收濃縮系統10進行，該鋁鹽回收濃縮系統10包含有一酸化槽12、一鹼化槽13、二靜置沉澱槽14、15、一混合沉澱槽16、一過濾槽17與一濃縮槽18。
該酸化槽12與鹼化槽13，分別與一酸鹼值計(pH計)22、24、一加藥機26、28連接，各該加藥機26、28係分別連接一酸液桶30、一鹼液桶32，用以可將該酸液桶30、鹼液桶32儲存之酸液與鹼液輸入酸化槽12與鹼化槽13，而分別進行含鋁之污泥酸化與鹼化之動作，其內分別設有協助含鋁之污泥與酸液、鹼液混合之一攪拌器34、36。
該二靜置沉澱槽14、15，分別連接該酸化槽12與鹼化槽13，用以分別供酸化與鹼化後之污泥溶液進行沉澱、固液分離，以分離出酸性污泥、鹼性污泥與濾液。
該混合沉澱槽16，透過二過濾器19、20連接該二靜置沉澱槽14、15，其內設置有一攪拌器38，用以供該二靜置沉澱槽14、15內取得之濾液進行混合。
該過濾槽17，連接該混合沉澱槽16，其內設有一過濾袋40，用以可留置Al(OH)3 沉澱物並濾除水分、進行固液分離，以取得Al(OH)3 沉澱物。
該濃縮槽18，連接該過濾槽17及一酸鹼值計(pH計)44、一加藥機46，該加藥機46係連接一鹽酸桶48，用以可供Al(OH)3 沉澱物與鹽酸混合，以獲致鋁鹽濃縮液，其內並設有一攪拌器50與二氫氧化鋁濾袋52、54。
而本發明鋁鹽回收濃縮方法之第一步驟係酸化110：係將含鋁之乾或濕污泥加入酸化槽12並添加水予以攪拌，再將一酸液加入該酸化槽12進行酸化，該酸液係濃度為32%之鹽酸(HCl)(或回收再利用之高濃度廢酸液)，將酸鹼值pH控制約為2左右，繼續攪拌120 min進行酸化，以分離出酸性污泥與Al3+ 溶液，之後進行固液分離(於靜置沉澱槽14進行)，將污泥濾除。
本發明之第二步驟係鹼化120：將含鋁之乾污泥加入鹼化槽13並添加水予以攪拌，再將一鹼液加入該鹼化槽13進行鹼化，該鹼液係濃度為45%之液鹼(NaOH)(或回收再利用之高濃度廢鹼液)，將酸鹼值pH控制約為12左右，繼續攪拌120 min進行鹼化，以分離出鹼性污泥與Al(OH)4 - 溶液，之後進行固液分離(於靜置沉澱槽15進行)，將污泥濾除。
本發明之第三步驟係混合130：將酸化及鹼化步驟固液分離所得之濾液(Al3+ 與Al(OH)4 - 溶液)流入混合沉澱槽16進行混合、中和反應，並予以攪拌5 min、靜置30 min產生Al(OH)3 沉澱，透過該過濾槽17進行固液分離，以取得Al(OH)3 沉澱物。
本發明之最後步驟係濃縮140：將充滿Al(OH)3 沉澱物之過濾袋40置入濃縮槽18，pH設定約為3左右，使該加藥機46抽取鹽酸(32%)加入濃縮槽18內予以攪拌進行溶解，主要係在Al(OH)3 沉澱物尚未熟化為不利於溶解的三水鋁石(gibbsite)或拜耳石(bayerite)晶體前，將Al(OH)3 沉澱物溶解於高濃度鹽酸溶液中，即可獲致鋁鹽濃縮液-聚合氯化鋁(Polyaluminum Chloride)，而此濃縮液可提供作為水處理廠之混凝劑使用。
而本發明方法第一、第二步驟中酸化與鹼化反應時間(120 min)之設定方式如後：酸化110步驟中，酸化時每15 min取一樣品過濾後以原子吸收光譜儀量測鋁溶出量，如此狀況下持續180 min。結果由圖三可知，Al溶出量隨時間增加而增多，到120 min時達5904 ppm，往後的Al溶出量都維持在6000ppm上下，時間增加並無較多的Al溶出，因此，酸化反應時間可設定在120 min(可視鋁溶出狀況將酸化與鹼化時間作增減)。
鹼化120步驟中，鹼化時每15 min取一樣品過濾後以原子吸收光譜儀量測鋁溶出量，如此狀況下持續180 min。結果由圖四可知，Al溶出量隨時間增加而增多，到90 min時達3332 ppm，往後的Al溶出量都維持在3300 ppm上下，時間增加並無較多的Al溶出，鹼化反應時間90 min後Al溶出量達到平衡，但為了配合酸化反應流程，因此，反應時間也設定在120 min。
其次，本發明方法酸化、鹼化及濃縮各步驟中鋁溶出、鋁離子濃度值如下：酸化110步驟中以200 g乾污泥加入酸化槽12，並加入1000 mL水攪拌，添加濃鹽酸(32%)進行酸化120 min，pH設定為2，酸化污泥流入該靜置沉澱槽14後靜置，其上澄液經過濾完畢測得鋁溶出濃度為6052 ppm。
鹼化120步驟中以200g乾污泥加入鹼化槽13，並加入1000 mL水攪拌，添加工業用液鹼(NaOH)(45%)進行鹼化120 min，pH設定為12，鹼化污泥流入該靜置沉澱槽15後靜置，其上澄液經過濾完畢測得鋁溶出濃度為3352 ppm。
濃縮140步驟中，得到鋁濃縮溶液測得鋁離子濃度為14942 ppm，如表一所示。
由上可知，本發明鋁鹽回收濃縮方法100與系統10之特色、功效如下：本發明利用鋁為兩性金屬的特性，將污泥中的鋁以酸化方式溶出Al3+ 離子，及以鹼化方式溶出Al(OH)4 - 離子，酸、鹼液經混合後得到Al(OH)3 不定形沉澱物，透過固液分離去除液體取得Al(OH)3 不定形沉澱物，在Al(OH)3 不定形沉澱物尚未熟化前，以鹽酸調配至pH=3得到鋁鹽濃縮液。
其次，本發明可得到數萬ppm鋁溶液，可解決習知技術中Al3+ 溶出量多為數百ppm至數千ppm的情況，更能達到商業化的目的。
再者，習知酸化含鋁汙泥回收鋁鹽之方式，大都以硫酸進行以提高鋁鹽回收率，但所得之硫酸鋁溶液穩定性不佳，本發明將濃縮得到之Al(OH)3 不定形沉澱物以鹽酸溶解至適當之pH值下，可以得到較為穩定之高濃度聚合氯化鋁(Polyaluminum Chloride)混凝劑，可供水處理廠回收再利用作為混凝劑，或直接將Al(OH)3 乾燥後做為鋁原料提供相關行業使用。
110．．．酸化
120．．．鹼化
130．．．混合
140．．．濃縮
10．．．鋁鹽回收濃縮系統
12．．．酸化槽
13．．．鹼化槽
14、15．．．靜置沉澱槽
16．．．混合沉澱槽
17．．．過濾槽
18．．．濃縮槽
19、20．．．過濾器
22、24．．．酸鹼值計
26、28．．．加藥機
30．．．酸液桶
32．．．鹼液桶
34、36．．．攪拌器
38．．．攪拌器
40．．．過濾袋
44．．．酸鹼值計
46．．．加藥機
48．．．鹽酸桶
50．．．攪拌器
52、54．．．氫氧化鋁濾袋
圖一係本發明一較佳實施例方法之流程圖。
圖二係本發明另一較佳實施例之系統圖。
圖三係本發明一較佳實施例中鋁溶出量(ppm)隨酸化反應時間之變化圖。
圖四係本發明一較佳實施例中鋁溶出量(ppm)隨鹼化反應時間之變化圖。
110．．．酸化
120．．．鹼化
130．．．混合
140．．．濃縮

Claims (5)

  1. 一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法，其步驟至少包含有：酸化：將污泥加入一酸化槽並添加水予以攪拌，再將一酸液加入該酸化槽進行酸化，將酸鹼值pH控制約為2，之後進行固液分離，以分離出酸性污泥與Al3+ 溶液，酸液係濃度32%之鹽酸(HCl)；鹼化：將污泥加入一鹼化槽並添加水予以攪拌，再將一鹼液加入該鹼化槽進行鹼化，將酸鹼值pH控制約為12，之後進行固液分離，以分離出鹼性污泥與Al(OH)4 - 溶液，鹼液係濃度45%之液鹼(NaOH)；混合：將酸化及鹼化步驟固液分離所得之濾液混合，並予以攪拌、靜置產生Al(OH)3 沉澱，進行固液分離以取得Al(OH)3 沉澱物；及濃縮：係在Al(OH)3 沉澱物尚未熟化為不利於溶解的三水鋁石(gibbsite)或拜耳石(bayerite)晶體前，將鹽酸加入Al(OH)3 沉澱物予以攪拌進行溶解，並控制酸鹼值Ph約為3，即可獲致鋁鹽濃縮液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法，其中，酸化與鹼化之步驟中，污泥係含鋁之乾或濕污泥。
  3. 如申請專利範圍第2項所述含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮方法，其中，酸化與鹼化之步驟中，係分別將 污泥酸化與鹼化120分鐘。
  4. 一種含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮系統，包含有：一酸化槽與一鹼化槽，用以分別供含鋁之污泥添加酸液與鹼液以進行酸化與鹼化；二靜置沉澱槽，分別連接該酸化槽與鹼化槽，用以分別供酸化與鹼化後之污泥溶液進行固液分離，以分離出酸性污泥、鹼性污泥與濾液；一混合沉澱槽，連接該二靜置沉澱槽，用以供該二靜置沉澱槽內取得之濾液進行混合；一過濾槽，連接該混合沉澱槽，內設有一過濾袋，用以供該混合沉澱槽內混合之濾液進行固液分離，使Al(OH)3 沉澱物可留置於該過濾袋內並濾除水分；及一濃縮槽，連接該過濾槽，用以供Al(OH)3 沉澱物與鹽酸混合，以獲致鋁鹽濃縮液。
  5. 如申請專利範圍第4項所述含鋁污泥之鋁鹽回收濃縮系統，其中，各該酸化槽、鹼化槽、混合沉澱槽與濃縮槽內更分別設有一攪拌器。
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