一種利用鋁灰提高市政汙泥脫水效果的方法與流程

2023-10-22 18:10:12

本發明具體涉及了一種利用鋁灰提高市政汙泥脫水效果的方法，屬於鋁灰的資源化應用領域，同時也屬於汙泥深度脫水的工藝技術領域。

背景技術：

鋁灰是一種產量大、汙染嚴重的工業廢渣，主要來源於電解鋁廠、鋁型材廠、鑄造鋁合金廠等鋁冶煉企業。據統計，每生產1000t鋁，就要產生25t左右的鋁灰。鋁灰的大量堆積，不僅造成資源的浪費，同時也造成環境的汙染。鋁灰的主要成分是sio2和al2o3，sio2的含量一般在5%～20%，al2o3的含量一般在43%～75%。目前，國內外研究機構和企業將鋁灰主要應用在以下幾個方面:1)回收鋁；2)合成高效水處理絮凝劑--聚合氯化鋁；3)生產硫酸鋁；4)將鋁灰用於建築材料中。

目前，隨汙水處理量的增加，固體廢棄物汙泥產量日益劇增，據統計2016年年末，我國脫水汙泥年產量超過2600萬t。汙泥是城市產生的重要廢棄物之一，因較高的含水率而體積龐大，因此對其進行脫水和乾燥是實現減量化的重要手段。脫水是汙泥處理處置的重要環節，脫水可以大大減少汙泥體積。由於其複雜的組成使汙泥中的水分通常很難脫除，導致脫水成為汙泥處理處置工程的技術瓶頸。目前常用的方法是機械脫水，它是利用機械所產生的壓力或離心作用去除汙泥中的水分，但是由於汙泥的成分、結構複雜，汙泥直接進行機械脫水往往達不到預期效果，通常都需要對汙泥進行預處理。目前汙水處理廠汙泥脫水工段較常用的是向汙泥中添加陽離子聚丙烯醯胺，通過絮凝作用使得汙泥中固體顆粒與水分離。隨著專家及學者的深入研究，研發出多種汙泥脫水劑及脫水設備。發明申請201510220845.6提到使用聚合氯化鋁、氧化鈣、硫酸鐵、膨潤土、澱粉、聚丙烯醯胺製備而成一種新型脫水劑，可有效降低汙泥含水率。發明申請201510208090.8公開了一種複合型汙泥脫水劑的製備方法，將氧化鎂、聚合硫酸鐵、三氯化鐵、硅藻土、殼聚糖、聚丙烯醯胺充分混合後，製成汙泥脫水劑，可將汙泥含水率降至60%以下。隨著脫水工藝的不斷優化和發展，汙泥脫水劑種類也日漸增多，脫水效果也逐步提高，但是縱觀上述工藝，都存在著能耗高、物料消耗高的缺點。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種生產成本低、市場前景好，以鋁灰為原料的汙泥脫水工藝，以促進工業鋁灰的綜合利用，並為汙泥減量化及資源化提供技術支持。

將固體廢物鋁灰用於汙泥脫水處理工藝中，既為鋁灰的資源化利用開闢了一條新路子，緩解鋁灰堆存量遠大於綜合利用量的局面，同時也能夠大幅度地降低汙泥含水率，有效促進汙泥減量化，體現以廢治廢的環保觀，為國內日益嚴峻的固廢處理處置問題提供了一個技術平臺。

本發明的技術方案如下：首先製備十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨均混液，用均混液對工業鋁灰進行改性，改性後的鋁灰乾燥冷卻後備用；將改性鋁灰投入市政汙泥中，攪拌反應一定時間後，沉澱，在一定壓力下過濾，過濾過程同步測定汙泥的比阻。過濾後得到經改性鋁灰處理過的泥餅，將泥餅置於瓷坩堝中，放入乾燥箱中乾燥，按照汙泥含水率測定標準進行含水率測定，得到汙泥最終含水率。

本發明中利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法，具體操作如下：

（1）稱取一定量的十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨，加入去離子水，混勻後將混合液置於常溫條件下振蕩2-4h，得到均混液，置於棕色試劑瓶中留存備用；其中十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨的質量比為1:1-1:1.5，十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨在均混液中的總摩爾濃度為5-20mmol/l；

（2）在工業鋁灰中加入均混液，在20-35℃下於混合攪拌反應器中反應6-24h，得到固液混合物，將固液混合物在一定壓力下進行清洗抽濾，重複3次，濾渣即為經均混液處理過的鋁灰，置於乾燥器中，在90-110℃下乾燥2-4h，得到改性鋁灰，置於藥品袋中備用；其中鋁灰與均混液的質量體積比為1g:10ml-100ml，抽濾壓力為0.025-0.075mpa；

（3）將改性鋁灰投入經重力濃縮後的市政汙泥中，在20-35℃下攪拌10-30min，沉澱後在抽濾系統中，進行過濾，過濾過程中同步測定汙泥比阻；過濾後得到濾渣即為經改性鋁灰處理過的汙泥泥餅，將泥餅置於瓷坩堝中，盛有泥餅的坩堝放入烘箱中，在90-110℃下乾燥至恆重，取出坩堝，放於乾燥器中冷卻；通過測量坩堝進入烘箱前後的質量，計算出泥餅的含水率；其中改性鋁灰和市政汙泥的質量比為1:200-1:1000，攪拌速度為500-1250r/min。

本發明中鋁灰來源於鑄造鋁合金廠，是利用鋁礦製備鋁製產品過程中產生的副產物，鋁灰的主要成分是sio2和al2o3,sio2的含量一般在5%～20%，al2o3的含量一般在43%～75%。

汙泥中固體顆粒主要是通過改性鋁灰表面較強的正電性，將固體顆粒吸引至改性鋁灰顆粒表面，同時改性鋁灰顆粒表面富有大量的孔隙，可以將汙泥的固體顆粒吸附到其孔隙內，經過一系列物理化學作用使汙泥中固相與液相大幅度分離，達到汙泥深度脫水的目的。

本發明的優點和技術效果：

利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法的研究，既促進工業鋁灰的資源化利用，也為汙泥脫水及減量化提供了技術支持；

②通過對利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法的研究，提出將十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨製備成表面活性強度更高的均混液，更有利於對工業鋁灰的改性過程，為陽離子表面活性劑的進一步應用提供了技術路線；

③通過對提高汙泥脫水效果的研究，提出用改性鋁灰吸附汙泥中固相成分，並利用改性鋁灰表面的多孔隙結構及表面電荷的正電性，將汙泥固相顆粒吸入孔內，使汙泥中固液相顯著分離；經改性鋁灰處理過的汙泥，其含水率可到50%以下；

本發明與其他脫水工藝相比，對化學藥劑的依賴性小，耗能小，工藝簡單，利用廉價易得的材料即可製備脫水材料，經濟性較好；

本工藝利用工業固廢鋁灰經改性後，對市政汙泥進行處理，體現了以廢治廢的環保理念，為固體廢物間交互利用提供了理論平臺，也為以廢治廢的科研項目提供技術思路。

本發明方法簡單易行，生產成本低，變廢為寶，無環境影響，既促進工業鋁灰的綜合利用，也為市政汙泥深度脫水工藝的研究提供了技術基礎，增大了鋁灰資源化利用的產業鏈，節約了大量的資源，應用前景較為廣闊。對利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法的研究，在促進鋁灰資源化利用的同時，還大幅度地降低了汙泥含水率，實現了汙泥減量化的目的，促進汙泥的進一步資源化利用；本工藝簡單易操作，耗能低，成本少，不汙染環境。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護範圍不局限於所述內容。

實施例1：利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法，具體操作如下：

（1）稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨(相對分子量364.45)與0.1g十八烷基二甲基苄基氯化銨(相對分子量424.15)，加入去離子水100ml，混勻後將混合液於常溫條件下，置于振蕩器中振蕩2h，待反應結束，得到兩者均混液，置於棕色試劑瓶中留存備用，十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨在均混液中的總摩爾濃度為5mmol/l；

（2）在10g工業鋁灰中加入100ml濃度為5mmol/l均混液，在20℃下於混合攪拌反應器中反應20h，得到固液混合物，將固液混合物在0.025mpa下用蒸餾水進行清洗抽濾，重複3次，濾渣即為經均混液處理過的鋁灰，置於乾燥器中，在90℃下乾燥4h，得到改性鋁灰成品，置於藥品袋中備用；

（3）將1g改性鋁灰投入200g經重力濃縮後的市政汙泥（含水率為99.5%）中，在20℃下攪拌10min，攪拌速度為500r/min，沉澱後在抽濾系統中，在0.035mpa下進行過濾，過濾過程中同步測定汙泥比阻；過濾後得到濾渣即為經改性鋁灰處理過的汙泥泥餅，將泥餅置於瓷坩堝中，盛有泥餅的坩堝放入烘箱中，在90℃下乾燥2h至恆重，取出坩堝，放於乾燥器中冷卻；通過測量坩堝進入烘箱前後的質量，計算出泥餅的含水率為49.25%。同時，過濾過程測得的汙泥比阻為2.13×1012m/kg；汙泥含水率和汙泥比阻為表徵汙泥過濾性能的兩個指標，汙泥比阻越小表示汙泥越容易過濾，一般認為汙泥比阻在（10～100）×1012m/kg的汙泥為難過濾的汙泥，比阻在（5～9）×1012m/kg的汙泥為中等，比阻小於4×1012m/kg的汙泥為容易過濾的汙泥。

實施例2：利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法，具體操作如下：

（1）稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨與0.15g十八烷基二甲基苄基氯化銨，加入30ml去離子水，混勻後將混合液於常溫條件下，置于振蕩器中振蕩3h，得到均混液，置於棕色試劑瓶中留存備用，其中十六烷基三甲基溴化銨與十八烷基二甲基苄基氯化銨在均混液中的總摩爾濃度為20mmol/l；

（2）在10g工業鋁灰中加入500ml濃度為20mmol/l的均混液，在25℃下於混合攪拌反應器中反應12h，得到固液混合物，將固液混合物在0.04mpa下用蒸餾水進行清洗抽濾，重複3次，濾渣即為經均混液處理過的鋁灰，置於乾燥器中，在100℃下乾燥3h，得到改性鋁灰成品，置於藥品袋中備用；

（3）將2.5g改性鋁灰投入1300g經重力濃縮後的市政汙泥（含水率為99.3%）中，在25℃下，攪拌20min，攪拌速度為800r/min，沉澱後在抽濾系統中，於0.035mpa下進行過濾，過濾過程中同步測定汙泥比阻；過濾後得到濾渣即為經改性鋁灰處理過的汙泥泥餅，將泥餅置於瓷坩堝中，盛有泥餅的坩堝放入烘箱中，在105℃下乾燥2h至恆重，取出坩堝，放於乾燥器中冷卻；通過測量坩堝進入烘箱前後的質量，計算出泥餅的含水率為40.36%。同時，過濾過程測得的汙泥比阻為1.59×1012m/kg。

實施例3：利用鋁灰提高汙泥脫水效果的方法，具體操作如下：

（1）稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨與0.15g十八烷基二甲基苄基氯化銨，加入60ml去離子水，混勻後將混合液於常溫條件下，置于振蕩器中振蕩4h，待反應結束，得到兩者均混液，置於棕色試劑瓶中留存備用，其中均混液的濃度為10mmol/l；

（2）在10g鋁灰中加入900ml濃度為10mmol/l的均混液，在30℃下於混合攪拌反應器中反應6h，得到固液混合物，將固液混合物在0.07mpa下用蒸餾水進行清洗抽濾，重複3次，濾渣即為經均混液處理過的鋁灰，置於乾燥器中，在110℃下乾燥2h，得到改性鋁灰，置於藥品袋中備用；

（3）將5g改性鋁灰投入5000ml經重力濃縮後的市政汙泥（含水率為99.4%）中，在30℃下攪拌10min，攪拌速度為1200r/min，沉澱後在抽濾系統中，於0.035mpa下進行過濾，過濾過程中同步測定汙泥比阻。過濾後得到濾渣即為經改性鋁灰處理過的汙泥泥餅，將泥餅置於瓷坩堝中，盛有泥餅的坩堝放入烘箱中，在105℃下乾燥2h至恆重，取出坩堝，放於乾燥器中冷卻。通過測量坩堝進入烘箱前後的質量，計算出泥餅的含水率為42.38%。同時，過濾過程測得的汙泥比阻為2.06×1012m/kg。