CN101723471B

CN101723471B - 以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法

Info

Publication number: CN101723471B
Application number: CN2010100224911A
Authority: CN
Inventors: 潘碌亭; 王文蕾; 余波; 吴锦峰; 束玉宝; 王键
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: CN101723471A

Abstract

以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，涉及一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法。用造纸化学污泥、铝酸钙、盐酸为原料，先将造纸废水处理的化学污泥自然风干，然后于105℃烘干，研磨，过80目筛，得筛下物污泥粉末。接着，量取污泥粉末∶盐酸(6mol/L)＝1∶3～5(质量比)，于95℃反应1～2h，充分酸溶后，静置30min后取上清液。然后，向上清液中加入铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为污泥粉末质量的0.8～1.2倍，再在95℃反应2～3h，反应完毕后，静置30min后取上清液。最后，用弱酸(碱)将溶液pH调至2～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁固体产品。本发明工艺简单，成本低廉，经济与社会效益显著。

Description

以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法

技术领域

以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，涉及一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法。属于污泥资源化处置技术领域.

背景技术

造纸污泥的常规处理方法先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥、焚烧和深加工再利用等处置方法，并逐步走向成熟。目前最常用的污泥的卫生填埋处置方式，具有技术成熟、成本相对较低的优点，但也存在泄漏导致的二次污染风险以及土地资源紧缺带来的压力，对污泥的处理还没有统一的标准，但有一点已达成共识：禁止向海洋倾倒污泥和含5％有机物的污泥填埋。种种不利因素限制了污泥的卫生填埋的发展，其不会成为污泥最终处置的发展方向。焚烧法以焚烧流化床锅炉设计简单、投资少、操作方便，可最大限度回收热能，但烟气需要妥善处理。超临界水氧化法和超声波技术日渐兴起，已引起人们越来越多的关注，但仍处于研究阶段。因此污泥资源化再利用，发展循环经济、节约资源，同时消除循环利用过程中带来的二次污染，将成为污泥处置的最终方向。

造纸污泥的资源化方法很多，但目前多集中于脱墨污泥的利用，主要利用二次纸浆造纸污泥中存在于原来纸张中的方解石、滑石和高岭土和碳酸钙，代表方法有：用造纸污泥灰分制备人造沸石，用造纸污泥生产建筑板材及木质水泥板、造纸用填料、涂布颜料、水泥和防水卷材等。这些污泥资源化处置一般要求污泥质量均匀，来源稳定，污泥中的纤维含量一般在25％-40％，且目前仅处在研究和示范阶段，未见产业化的报道。

此外，还可以利用污泥堆肥，即利用污泥中的微生物进行发酵的过程。在污泥中加入一定量的膨松剂与调理剂，如秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等，利用微生物群落在潮湿环境下的对有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质。此方法必须调节水分与C/N比，在强制通风与定期翻堆情况下，堆肥时间高达2个月左右。由于污泥中含有大量的有机物和氮、磷、钾以及微量元素，可作为一种迟效性的有机追肥，利用造纸污泥改良土壤，提高作物的产量和品质，但也存在一定的土壤污染风险。这些新技术都有待于进一步深入研究，探讨其可行性和最终解决途径。目前初步研究的资源化方法较多。但大部分只是局限于研究阶段，实现工程化尚需要进一步的论证。

由于造纸废水中COD、SS浓度很高，通常加入絮凝剂(国内常用的是PAC、PFS、FeSO₄)后自然澄清，显著降低废水中的COD、SS，然后进行生化处理，上清液进入污水处理***后作进一步处理，达标后排放或回用。与此同时，混凝沉淀阶段也产生了大量富含铝、铁的化学污泥，它的出路和资源化成为环境领域难点和热点。絮凝沉淀阶段加入大量的铝系或铁系絮凝剂，产生大量的富含铝、铁元素的污泥的出路之一是：采用脱水后直接填埋或焚烧的传统处理方式，不仅造成资源浪费，还会增加运输和填埋费用，给企业和环境带来负担。能否以造纸中段废水的混凝沉淀污泥为原料生产聚合氯化铝铁？还未见报道，但通过各方面分析，这项技术所用原料免费且节省污泥的处理费用，为污泥处理提供出路，又可以充分利用污泥中的铝铁合成聚合氯化铝铁，为聚合氯化铝铁絮凝剂的合成提供了物质基础，具有很大的技术可行性和市场前景。

聚合氯化铝铁(PAFC)在国内外是发展较快的精细化工产品，在水处理中是一种高效的絮凝剂。PAFC的合成方法很多，按铝原料来源的不同分为三类：①以含铝矿物为原料进行合成的方法，由于铝土矿、高岭土等的价格上涨，成本较高；②以化工冶金产品为原料生产的方法，该法产品纯度高，但成本大，产量有限，一般用于饮用水处理，不适用于药剂投加量较大的工业污水处理。③以工矿部废料(铝灰、煤矸石、粉煤灰等)为原料生产聚合氯化铝，但现有技术和工艺条件下，铝灰法引入重金属杂质多，煤矸石法需高温焙烧且铝含量有限，粉煤灰法铝很难溶出，实际生产都受到限制。

由于原料价格的逐年上涨和近年来国家“创建资源节约型社会”的号召，利用工矿部废弃物(铝灰、粉煤灰、煤矸石、分子筛等)生产优质的聚合氯化铝工艺引起重视，既节省资源消耗，又能为废物寻找出路，是非常有市场应用前景的研究领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的聚合氯化铝铁絮凝剂制备方法，具体是用造纸化学污泥制得聚合氯化铝铁絮凝剂。该方法能有效利用造纸化学污泥中的铝和铁，并为污泥最终处置提供出路。

为实现上述目的，本发明通过对造纸化学污泥进行实验分析和查阅文献发现，由于沉淀过程投加的大量的铝系和铁系混凝剂，使得化学污泥中富含铝、铁元素，其氧化铝含量一般在20％以上，全铁含量视工艺而定。此外含有部分细小纤维、木质素及其衍生物和一些有机物质。采用聚铁作为聚铝的辅配药剂时，铁含量相对较低；采用Fenton氧化+混凝工艺时，化学污泥中铁含量甚至可以高达30％以上。若直接外运填埋，不仅造成资源浪费、增加运输和场地费用，而且使矿物资源浪费。此外，化学污泥中铁可以参与合成聚合氯化铝铁，增强混凝效果。本发明采用造纸中段废水处理中应用广泛的以铝盐和铁盐作为混凝剂形成的化学污泥作为主要原料，通过反复实验，制备出合格的聚合氯化铝铁絮凝剂。具体工艺如下：

先将造纸废水处理化学污泥自然风干，然后于105℃烘干，研磨，过80目筛，取筛下物污泥粉末。

接着，量取污泥粉末∶盐酸(6mol/L)＝1∶3～5(质量比)，于95℃反应1～2h，反应完毕后，静置30min后取上清液。

然后，向上清液中加入铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为污泥粉末质量的0.8～1.2倍，再在95℃反应2～3h，反应完毕后，静置30min后取上清液。

最后，用弱酸(碱)将溶液pH调至2～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁固体产品，干燥温度不宜超过110℃。

本发明的优点如下：

1.由于本发明的原材料采用废弃的造纸化学污泥，其中富含铝铁元素，因此，本发明制备的聚合氯化铝铁絮凝剂具有技术可行性和成本上的优势，而且，既避免了废弃的污泥污染环境，也使废弃物得以资源化利用。

2.采用两步酸溶法，在酸耗一定的条件下，提高污泥中的铝溶出率。

3.此外含有部分细小纤维、木质素及其衍生物和一些有机物质，这些物质大部分会在酸溶过程中酸析，从而被分离而单独利用或处理，且使聚合氯化铝铁絮凝剂产品更纯净。

4.采用铝酸钙粉直接调节盐基度而几乎无需另加碱，充分利用物料。

5.本发明工艺在常压下进行，反应温度低于100℃，工艺简单，容易推广。

6.本发明为造纸中段废水化学污泥最终处置提供出路，对于其他种类污水处理产生的化学污泥的资源化利用具有借鉴作用，且原料利用造纸废水的化学污泥，实现污染处理和资源利用的同步进行，变废为宝，工艺简单，成本低廉，经济与社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的聚合氯化铝铁的红外光谱图。

图3为市售的聚合氯化铝的红外光谱图。

图4为用本发明自制的聚合氯化铝铁絮凝剂对某生活污水处理厂生化出水的浊度去除效果影响图。

图5为用本发明自制聚合氯化铝铁絮凝剂在最佳投药量下对生化出水的综合去除效果图。

具体实施方式

实施例1

制备步骤：

1.将造纸废水处理化学污泥风干后于105℃烘干，研磨，过80目筛，筛分得粒径小于80目的污泥粉末。

2.量取污泥粉末∶盐酸(6mol/L)＝1∶3～5(质量比)，在200r/min搅拌速度、95℃条件下酸溶1～2h，静置30min后取上清液。

3.向上清液中加入铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为干污泥粉末质量的0.8～1.2倍，在200r/min搅拌速度、95℃下反应2～3h，静置30min后取上清液。

4.将弱酸(碱)加入上清液，将上清液pH调至2～4，在50～60℃熟化12h后，得到聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品，液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁絮凝剂固体产品。

经检测固体产品中三氧化二铝含量大于30％，盐基度达50％以上，铁含量3％左右，不溶物含量低于0.5％，其他各项指标均符合聚合氯化铝絮凝剂国家标准。

将本发明的自制的PAFS和市售的PAC进行红外光谱测定，分别见图2和图3。图2相对于图3中在600～1020cm^-1处有较多强吸收峰，除存在Al-OH(615、1410、1480cm^-1)外，还有Al-O-Al(985cm^-1)、Fe-O-Fe(825cm^-1)及Al-O-Fe(890cm^-1)吸收峰，证明絮凝剂合成成功。

实施例2：

运用实施例1制备的聚合氯化铝铁絮凝剂用对某生活污水处理厂生化出水的浊度去除率影响，请看图4，在250ml浊度为35NTU的某城市生活污水生化出水中加入不同体积的1％(w/v)本发明自制絮凝剂溶液，在混凝试验搅拌仪上做烧杯实验，搅拌15min，静置15min后，于液面下2cm处取水样测其浊度。

由图4看出：投药量为1.25ml时，浊度去除率高达90％以上；当投药浓度继续增大时，去除率几乎不变。因此最佳投药量取1.25ml，换算成浓度即为50ppm。

实施例3

运用实施例1制备的聚合氯化铝铁絮(PAFC)凝剂对污水进行处理，并用某污水厂生化出水做烧杯实验。

污水厂生化出水的水质情况为：COD_Cr为120mg/L、TP为5mg/L、浊度为35NTU。分别采用自制聚合氯化铝铁和市售PAC絮凝剂分别在混凝试验搅拌仪上做烧杯实验(平均水温为15℃、水样pH约为6)，搅拌15min，静置15min后，于液面下2cm处取水样测其浊度。比较最佳投药度(50ppm)下的处理效果。

请看图5，将本发明的自制PAFC和市售PAC作对比，证实了发明的混凝效果的优越性。由图5可看出：以污泥为原料合成的聚合氯化铝铁药剂在50mg/L投药量下对生化出水COD_Cr、TP和浊度的去除率分别约为COD64％、TP85％、浊度89％；自制PAFC的COD_Cr、浊度、总磷的去除率都优于市售PAC，其COD_Cr去除率更是高达64％，是市售PAC的去除率的1.39倍。

Claims

1.以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：

A、采用造纸化学污泥作为原料，先将污泥自然风干，然后于105℃烘干，研磨，过80目筛，筛下物为粒径小于80目的污泥粉末；

B、量取污泥粉末∶6mol/L的盐酸＝1∶3～5质量比，于95℃反应1～2h，反应完毕后，静置30min后取上清液；

C、向B步的上清液中加入铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为污泥粉末质量的0.8～1.2倍，再在95℃反应2～3h，反应完毕后，静置30min后取上清液；

D、用弱酸或弱碱将C步的上清液的pH调至2～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁固体产品。

2.根据权利要求1所述的以造纸化学污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤D中将液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁固体产品的干燥温度不超过110℃。