一種生化汙泥的資源化利用方法與流程
2023-06-02 01:25:06 2
本發明涉及一種生化汙泥的資源化利用方法，屬於汙泥資源化處理技術領域。
背景技術：
改革開放以來，中國經濟高速發展，工業化和城市化進程日益加快，人們的物質文化生活水平顯著提高，然而環境汙染問題也隨之而來。工業生產過程中會產生工業汙水，日常生活過程中會產生生活汙水，需要建立城鎮汙水處理廠對這些汙水進行處理。
目前，常用的城鎮汙水處理工藝大多是以生物處理為主，輔助以化學處理。常用的化學藥劑包括聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、硫酸鋁、聚丙烯醯胺(PAM)等，主要用於生活汙水絮凝、除磷、脫氮和汙泥脫水。現有的城鎮汙水處理工藝雖然可以對水質進行淨化，但會產生大量含有重金屬等有害物質的生化汙泥。據不完全統計，目前我國年產生化汙泥達30萬噸(乾物質計)，這些生化汙泥若不能進行合理處置，會造成嚴重的二次汙染。
現有的生化汙泥處理手段主要包括填埋處理、直接利用和焚燒處理。生化汙泥中含有大量的重金屬等有害物質，直接填埋對土壤和地下水資源的汙染嚴重，根據2014年4月國土資源部公布的《2013年中國國土資源公報》可知，我國地下水質為較差和極差的比例高達60％；生化汙泥中有機物含量高，不利於農作物的生長，一般很難直接用於土地；生化汙泥的含水率一般在95％以上，即使經過機械脫水後含水率也高達70％～85％，汙泥焚燒首先要對汙泥進行幹化處理，通常在機械乾燥後，再經過滲濾或蒸發作用除去汙泥中大部分的水分，而後將其焚燒，建設焚燒裝置的成本很高，能耗高，而且焚燒過程中產生的煙氣汙染以及廢渣也需要相應的後處理措施，因此焚燒處理也受到很大的限制。
此外，在城鎮汙水處理過程中，一般會使用大量的鋁鹽淨水劑，鋁鹽淨水劑由鋁礦石加工而成，目前我國每年要消耗掉50億噸鋁礦石，已經超過美國躍居全球第一。隨著市場需求的日益增長，鋁礦石資源在急劇減少，終有消耗完的一天。近年來，有人開始採用粉煤灰、鋁箔酸、工業廢鋁渣等材料代替鋁礦石生產鋁鹽淨水劑，旨在減緩鋁礦石資源的消耗，雖然該方法可以在一定程度上減少鋁礦石資源的消耗，但由於其製備工藝複雜，生產成本較高，尚未大規模推廣應用。
因此，亟需開發一種經濟、高效、徹底、節能環保的生化汙泥處理方法，最好還能同時實現資源的回收利用。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種生化汙泥的資源化利用方法。
本發明所採取的技術方案是：
一種生化汙泥的資源化利用方法，包括以下步驟：
1)對生化汙泥進行乾燥、900～1200℃煅燒和粉碎，得到鋁灰粉，煅燒產生的廢氣經水噴淋後導入生化池進行處理；
2)在鋁灰粉中加入工業鹽酸和水，進行酸溶解；
3)加入高分子絮凝劑，進行絮凝沉澱，過濾，對濾餅進行水洗，分別得到無害汙泥和濾液，無害汙泥製作成堆肥農用，在濾液中加入重金屬捕捉劑，靜置，傾倒出上清液，底部重金屬汙泥收集，回收其中的重金屬；
4)在步驟3)的上清液中加入鋁粉，95～100℃恆溫充分反應，過濾，對濾餅進行水洗，得到濾液和濾餅，濾餅制磚，濾液經低溫熟化，得到聚合氯化鋁。
步驟1)所述的生化汙泥為城鎮汙水處理廠加鋁鹽淨水劑處理得到的生化汙泥。
步驟1)進行乾燥後生化汙泥的含水率為30％～40％。
步驟1)所述的鋁灰粉的粒徑為80～120μm。
步驟2)所述的鋁灰粉、工業鹽酸和水的質量比為1：(0.5～1)：(2～4)。
步驟2)所述的工業鹽酸的質量分數為25％～30％。
步驟2)所述的酸溶解的時間為30～60分鐘。
步驟3)所述的高分子絮凝劑為聚丙烯醯胺，加藥量為500～1000ppm。
步驟3)所述的重金屬捕捉劑為黃原酸酯類、二硫代胺基甲酸鹽類衍生物中的至少一種，加藥量為100～200ppm。
步驟4)所述的鋁粉為鋁酸鈣粉、鋁礬土中的至少一種，添加量為鋁灰粉質量的40％～50％。
步驟4)所述的反應的時間為2～3小時。
步驟4)所述的低溫熟化的溫度為70～90℃，低溫熟化時間為20～30小時。
本發明的有益效果是：
1)本發明可以回收生化汙泥中的鋁鹽，將其轉化成城鎮生活汙水處理藥劑——聚合氯化鋁，不僅可以節約資源，有效減少鋁礦石的消耗，還可以降低城鎮汙水處理成本；
2)本發明可以回收生化汙泥中的重金屬離子，避免造成重金屬汙染；
3)本發明通過煅燒對生化汙泥中的有機汙染物進行了充分處理，並通過生化池對煅燒產生的廢氣進行了合理處置；
4)本發明處理工藝簡單、成本低、節能環保，處理過的生化汙泥可以直接用於農業生產或制磚，無二次汙染。
具體實施方式
一種生化汙泥的資源化利用方法，包括以下步驟：
1)對生化汙泥進行乾燥、900～1200℃煅燒和粉碎，得到鋁灰粉，煅燒產生的廢氣經水噴淋後導入生化池進行處理；
2)在鋁灰粉中加入工業鹽酸和水，進行酸溶解；
3)加入高分子絮凝劑，進行絮凝沉澱，過濾，對濾餅進行水洗，分別得到無害汙泥和濾液，無害汙泥製作成堆肥農用，在濾液中加入重金屬捕捉劑，靜置，傾倒出上清液，底部重金屬汙泥收集，回收其中的重金屬；
4)在步驟3)的上清液中加入鋁粉，95～100℃恆溫充分反應，過濾，對濾餅進行水洗，得到濾液和濾餅，濾餅制磚，濾液經低溫熟化，得到聚合氯化鋁。
優選的，步驟1)所述的生化汙泥為城鎮汙水處理廠加鋁鹽淨水劑處理得到的生化汙泥。
優選的，步驟1)進行乾燥後生化汙泥的含水率為30％～40％。
優選的，步驟1)所述的鋁灰粉的粒徑為80～120μm。
優選的，步驟2)所述的鋁灰粉、工業鹽酸和水的質量比為1：(0.5～1)：(2～4)。
優選的，步驟2)所述的工業鹽酸的質量分數為25％～30％。
優選的，步驟2)所述的酸溶解的時間為30～60分鐘。
優選的，步驟3)所述的高分子絮凝劑為聚丙烯醯胺，加藥量為500～1000ppm。
進一步優選的，所述的高分子絮凝劑為陽離子聚丙烯醯胺。
優選的，步驟3)所述的重金屬捕捉劑為黃原酸酯類、二硫代胺基甲酸鹽類衍生物中的至少一種，加藥量為100～200ppm。
優選的，步驟4)所述的鋁粉為鋁酸鈣粉、鋁礬土中的至少一種，添加量為鋁灰粉質量的40％～50％。
優選的，步驟4)所述的反應的時間為2～3小時。
優選的，步驟4)所述的低溫熟化的溫度為70～90℃，低溫熟化時間為20～30小時。
下面結合具體實施例對本發明作進一步的解釋和說明。
實施例1：
1)取1000g城鎮生活汙水廠加藥處理後含水率為80％左右的溼汙泥，進行乾燥，1100℃煅燒，粉碎，得到粒徑約100μm的鋁灰粉；
2)取200g鋁灰粉，加入200g工業鹽酸和800g水，反應45分鐘；
3)加入500ppm的陽離子聚丙烯醯胺，充分攪拌，進行絮凝沉澱，壓濾，對濾餅進行水洗，分別得到無害汙泥和濾液，無害汙泥製作成堆肥農用，在濾液中加入100ppm的黃原酸酯類重金屬捕捉劑，靜置2小時，傾倒出上清液，底部重金屬汙泥收集，回收其中的重金屬；
4)將步驟3)的上清液加熱至60℃，加入80g鋁粉，升溫至98℃，恆溫反應2小時，降溫至80℃，進行板框壓濾，對濾餅進行水洗，得到濾液和濾餅，濾餅制磚，濾液80℃熟化24小時，得到聚合氯化鋁。
經測試，本實施例製備的聚合氯化鋁的性能指標如表1所示。
取城鎮生活汙水處理廠的好氧池出水，加入本實施例製備的聚合氯化鋁，混凝攪拌2分鐘，靜置沉降15min，取上清液進行分析，測試結果如表2所示。
實施例2：
1)取1000g城鎮生活汙水廠加藥處理後含水率為80％左右的溼汙泥，進行乾燥，900℃煅燒，粉碎，得到粒徑約100μm的鋁灰粉；
2)取200g鋁灰粉，加入100g工業鹽酸和400g水，反應60分鐘；
3)加入700ppm的陽離子聚丙烯醯胺，充分攪拌，進行絮凝沉澱，壓濾，對濾餅進行水洗，分別得到無害汙泥和濾液，無害汙泥製作成堆肥農用，在濾液中加入200ppm的黃原酸酯類重金屬捕捉劑，靜置2小時，傾倒出上清液，底部重金屬汙泥收集，回收其中的重金屬；
4)將步驟3)的上清液加熱至50℃，加入90g鋁粉，升溫至95℃，恆溫反應3小時，降溫至70℃，進行板框壓濾，對濾餅進行水洗，得到濾液和濾餅，濾餅制磚，濾液70℃熟化30小時，得到聚合氯化鋁。
經測試，本實施例製備的聚合氯化鋁的性能指標如表1所示。
取城鎮生活汙水處理廠的好氧池出水，加入本實施例製備的聚合氯化鋁，混凝攪拌2分鐘，靜置沉降15min，取上清液進行分析，測試結果如表3所示。
實施例3：
1)取1000g城鎮生活汙水廠加藥處理後含水率為80％左右的溼汙泥，進行乾燥，1200℃煅燒，粉碎，得到粒徑約100μm的鋁灰粉；
2)取200g鋁灰粉，加入150g工業鹽酸和600g水，反應30分鐘；
3)加入1000ppm的陽離子聚丙烯醯胺，充分攪拌，進行絮凝沉澱，壓濾，對濾餅進行水洗，分別得到無害汙泥和濾液，無害汙泥製作成堆肥農用，在濾液中加入150ppm的黃原酸酯類重金屬捕捉劑，靜置2小時，傾倒出上清液，底部重金屬汙泥收集，回收其中的重金屬；
4)將步驟3)的上清液加熱至70℃，加入100g鋁粉，升溫至100℃，恆溫反應2.5小時，降溫至90℃，進行板框壓濾，對濾餅進行水洗，得到濾液和濾餅，濾餅制磚，濾液90℃熟化20小時，得到聚合氯化鋁。
經測試，本實施例製備的聚合氯化鋁的性能指標如表1所示。
取城鎮生活汙水處理廠的好氧池出水，加入本實施例製備的聚合氯化鋁，混凝攪拌2分鐘，靜置沉降15min，取上清液進行分析，測試結果如表4所示。
測試例1：
對實施例1～3製備得到的聚合氯化鋁進行分析測試，其性能指標如表1所示。
表1實施例1～3的聚合氯化鋁的性能指標
測試例2：
取城鎮生活汙水處理廠的好氧池出水，分別加入實施例1～3製備的聚合氯化鋁，進行絮凝沉澱處理，取上清液進行分析，測試結果如表2～4所示。
表2實施例1的聚合氯化鋁的水處理效果測試數據
表3實施例2的聚合氯化鋁的水處理效果測試數據
表4實施例3的聚合氯化鋁的水處理效果測試數據
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。