專利名稱：以造紙化學(xué)污泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以造紙化學(xué)污泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的方法，涉及一種聚合氯化鋁鐵絮凝劑
的制備方法。屬于污泥資源化處置技術(shù)領(lǐng)域.
背景技術(shù)：
造紙污泥的常規(guī)處理方法先后經(jīng)過了海洋投棄、土地填埋、堆肥、焚燒和深加工再 利用等處置方法，并逐步走向成熟。目前最常用的污泥的衛(wèi)生填埋處置方式，具有技術(shù)成 熟、成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在泄漏導(dǎo)致的二次污染風(fēng)險(xiǎn)以及土地資源緊缺帶來的壓 力，對(duì)污泥的處理還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但有一點(diǎn)已達(dá)成共識(shí)禁止向海洋傾倒污泥和含5% 有機(jī)物的污泥填埋。種種不利因素限制了污泥的衛(wèi)生填埋的發(fā)展，其不會(huì)成為污泥最終處 置的發(fā)展方向。焚燒法以焚燒流化床鍋爐設(shè)計(jì)簡單、投資少、操作方便，可最大限度回收熱 能，但煙氣需要妥善處理。超臨界水氧化法和超聲波技術(shù)日漸興起，已引起人們越來越多的 關(guān)注，但仍處于研究階段。因此污泥資源化再利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約資源，同時(shí)消除循環(huán) 利用過程中帶來的二次污染，將成為污泥處置的最終方向。 造紙污泥的資源化方法很多，但目前多集中于脫墨污泥的利用，主要利用二次紙
漿造紙污泥中存在于原來紙張中的方解石、滑石和高嶺土和碳酸鈣，代表方法有用造紙污
泥灰分制備人造沸石，用造紙污泥生產(chǎn)建筑板材及木質(zhì)水泥板、造紙用填料、涂布顏料、水
泥和防水巻材等。這些污泥資源化處置一般要求污泥質(zhì)量均勻，來源穩(wěn)定，污泥中的纖維含
量一般在25 % -40% ，且目前僅處在研究和示范階段，未見產(chǎn)業(yè)化的報(bào)道。 此外，還可以利用污泥堆肥，即利用污泥中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。在污泥中加
入一定量的膨松劑與調(diào)理劑，如秸稈、稻草、木屑或生活垃圾等，利用微生物群落在潮濕環(huán)
境下的對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。此方法必須調(diào)節(jié)水分與C/N比，在強(qiáng)制
通風(fēng)與定期翻堆情況下，堆肥時(shí)間高達(dá)2個(gè)月左右。由于污泥中含有大量的有機(jī)物和氮、
磷、鉀以及微量元素，可作為一種遲效性的有機(jī)追肥，利用造紙污泥改良土壤，提高作物的
產(chǎn)量和品質(zhì)，但也存在一定的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。這些新技術(shù)都有待于進(jìn)一步深入研究，探討其
可行性和最終解決途徑。目前初步研究的資源化方法較多。但大部分只是局限于研究階段，
實(shí)現(xiàn)工程化尚需要進(jìn)一步的論證。 由于造紙廢水中C0D、 SS濃度很高，通常加入絮凝劑(國內(nèi)常用的是PAC、 PFS、 FeS04)后自然澄清，顯著降低廢水中的COD、 SS，然后進(jìn)行生化處理，上清液進(jìn)入污水處理 系統(tǒng)后作進(jìn)一步處理，達(dá)標(biāo)后排放或回用。與此同時(shí)，混凝沉淀階段也產(chǎn)生了大量富含鋁、 鐵的化學(xué)污泥，它的出路和資源化成為環(huán)境領(lǐng)域難點(diǎn)和熱點(diǎn)。絮凝沉淀階段加入大量的鋁 系或鐵系絮凝劑，產(chǎn)生大量的富含鋁、鐵元素的污泥的出路之一是采用脫水后直接填埋 或焚燒的傳統(tǒng)處理方式，不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)增加運(yùn)輸和填埋費(fèi)用，給企業(yè)和環(huán)境帶來 負(fù)擔(dān)。能否以造紙中段廢水的混凝沉淀污泥為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵？還未見報(bào)道，但通 過各方面分析，這項(xiàng)技術(shù)所用原料免費(fèi)且節(jié)省污泥的處理費(fèi)用，為污泥處理提供出路，又可 以充分利用污泥中的鋁鐵合成聚合氯化鋁鐵，為聚合氯化鋁鐵絮凝劑的合成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，具有很大的技術(shù)可行性和市場前景。 聚合氯化鋁鐵(PAFC)在國內(nèi)外是發(fā)展較快的精細(xì)化工產(chǎn)品，在水處理中是一種 高效的絮凝劑。PAFC的合成方法很多，按鋁原料來源的不同分為三類①以含鋁礦物為原 料進(jìn)行合成的方法，由于鋁土礦、高嶺土等的價(jià)格上漲，成本較高；②以化工冶金產(chǎn)品為原 料生產(chǎn)的方法，該法產(chǎn)品純度高，但成本大，產(chǎn)量有限， 一般用于飲用水處理，不適用于藥劑 投加量較大的工業(yè)污水處理。③以工礦部廢料(鋁灰、煤矸石、粉煤灰等)為原料生產(chǎn)聚合 氯化鋁，但現(xiàn)有技術(shù)和工藝條件下，鋁灰法引入重金屬雜質(zhì)多，煤矸石法需高溫焙燒且鋁含 量有限，粉煤灰法鋁很難溶出，實(shí)際生產(chǎn)都受到限制。 由于原料價(jià)格的逐年上漲和近年來國家"創(chuàng)建資源節(jié)約型社會(huì)"的號(hào)召，利用工礦 部廢棄物(鋁灰、粉煤灰、煤矸石、分子篩等)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的聚合氯化鋁工藝引起重視，既節(jié)省 資源消耗，又能為廢物尋找出路，是非常有市場應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉的聚合氯化鋁鐵絮凝劑制備方 法，具體是用造紙化學(xué)污泥制得聚合氯化鋁鐵絮凝劑。該方法能有效利用造紙化學(xué)污泥中 的鋁和鐵，并為污泥最終處置提供出路。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過對(duì)造紙化學(xué)污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，由 于沉淀過程投加的大量的鋁系和鐵系混凝劑，使得化學(xué)污泥中富含鋁、鐵元素，其氧化鋁含 量一般在20%以上，全鐵含量視工藝而定。此外含有部分細(xì)小纖維、木質(zhì)素及其衍生物和一 些有機(jī)物質(zhì)。采用聚鐵作為聚鋁的輔配藥劑時(shí)，鐵含量相對(duì)較低；采用Fenton氧化+混凝 工藝時(shí)，化學(xué)污泥中鐵含量甚至可以高達(dá)30%以上。若直接外運(yùn)填埋，不僅造成資源浪費(fèi)、 增加運(yùn)輸和場地費(fèi)用，而且使礦物資源浪費(fèi)。此外，化學(xué)污泥中鐵可以參與合成聚合氯化鋁 鐵，增強(qiáng)混凝效果。本發(fā)明采用造紙中段廢水處理中應(yīng)用廣泛的以鋁鹽和鐵鹽作為混凝劑 形成的化學(xué)污泥作為主要原料，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，制備出合格的聚合氯化鋁鐵絮凝劑。具體工 藝如下 先將造紙廢水處理化學(xué)污泥自然風(fēng)干，然后于105t:烘干，研磨，過80目篩，取篩 下物污泥粉末。 接著，量取污泥粉末鹽酸(6mol/L) = 1 : 3 5(質(zhì)量比)，于95。C反應(yīng)1 2h，反應(yīng)完畢后，靜置30min后取上清液。 然后，向上清液中加入鋁酸鈣粉，鋁酸鈣粉的加入量為污泥粉末質(zhì)量的0. 8 1. 2 倍，再在95t:反應(yīng)2 3h，反應(yīng)完畢后，靜置30min后取上清液。 最后，用弱酸(堿)將溶液ra調(diào)至2 4，在50 6(TC熟化12h，得到聚合氯化鋁 鐵液體產(chǎn)品，將液體產(chǎn)品干燥后即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下 1.由于本發(fā)明的原材料采用廢棄的造紙化學(xué)污泥，其中富含鋁鐵元素，因此，本發(fā) 明制備的聚合氯化鋁鐵絮凝劑具有技術(shù)可行性和成本上的優(yōu)勢，而且，既避免了廢棄的污 泥污染環(huán)境，也使廢棄物得以資源化利用。 2.采用兩步酸溶法，在酸耗一定的條件下，提高污泥中的鋁溶出率。 3.此外含有部分細(xì)小纖維、木質(zhì)素及其衍生物和一些有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)大部分會(huì)在酸溶過程中酸析，從而被分離而單獨(dú)利用或處理，且使聚合氯化鋁鐵絮凝劑產(chǎn)品更純 凈。 4.采用鋁酸鈣粉直接調(diào)節(jié)鹽基度而幾乎無需另加堿，充分利用物料。 5.本發(fā)明工藝在常壓下進(jìn)行，反應(yīng)溫度低于IO(TC，工藝簡單，容易推廣。 6.本發(fā)明為造紙中段廢水化學(xué)污泥最終處置提供出路，對(duì)于其他種類污水處理產(chǎn)
生的化學(xué)污泥的資源化利用具有借鑒作用，且原料利用造紙廢水的化學(xué)污泥，實(shí)現(xiàn)污染處
理和資源利用的同步進(jìn)行，變廢為寶，工藝簡單，成本低廉，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。 圖2為本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵的紅外光譜圖。 圖3為市售的聚合氯化鋁的紅外光譜圖。 圖4為用本發(fā)明自制的聚合氯化鋁鐵絮凝劑對(duì)某生活污水處理廠生化出水的濁 度去除效果影響圖。 圖5為用本發(fā)明自制聚合氯化鋁鐵絮凝劑在最佳投藥量下對(duì)生化出水的綜合去 除效果圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
制備步驟 1.將造紙廢水處理化學(xué)污泥風(fēng)干后于105t:烘干，研磨，過80目篩，篩分得粒徑小 于80目的污泥粉末。 2.量取污泥粉末鹽酸(6mol/L) =1 : 3 5 (質(zhì)量比)，在200r/min攪拌速度、 95"條件下酸溶1 2h，靜置30min后取上清液。 3.向上清液中加入鋁酸鈣粉，鋁酸鈣粉的加入量為干污泥粉末質(zhì)量的0. 8 1. 2
倍，在200r/min攪拌速度、95。C下反應(yīng)2 3h，靜置30min后取上清液。 4.將弱酸(堿)加入上清液，將上清液ra調(diào)至2 4，在50 60。C熟化12h后，
得到聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品，液體產(chǎn)品干燥后即得聚合氯化鋁鐵絮凝劑固體產(chǎn)品。 經(jīng)檢測固體產(chǎn)品中三氧化二鋁含量大于30%，鹽基度達(dá)50%以上，鐵含量3%左
右，不溶物含量低于0. 5%，其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合聚合氯化鋁絮凝劑國家標(biāo)準(zhǔn)。 將本發(fā)明的自制的PAFS和市售的PAC進(jìn)行紅外光譜測定，分別見圖2和圖3。圖
2相對(duì)于圖3中在600 1020cm—1處有較多強(qiáng)吸收峰，除存在A1-0H(615、 1410、 1480cm—0
外，還有Al-O-Al (985cm—1) 、 Fe-O-Fe (825cm—0及Al-O-Fe (890cm—0吸收峰，證明絮凝劑合
成成功。 實(shí)施例2 : 運(yùn)用實(shí)施例1制備的聚合氯化鋁鐵絮凝劑用對(duì)某生活污水處理廠生化出水的濁 度去除率影響，請看圖4，在250ml濁度為35NTU的某城市生活污水生化出水中加入不同體 積的1% (w/v)本發(fā)明自制絮凝劑溶液，在混凝試驗(yàn)攪拌儀上做燒杯實(shí)驗(yàn)，攪拌15min，靜置 15min后，于液面下2cm處取水樣測其濁度。
由圖4看出投藥量為1.25ml時(shí)，濁度去除率高達(dá)90%以上；當(dāng)投藥濃度繼續(xù)增 大時(shí)，去除率幾乎不變。因此最佳投藥量取1. 25ml，換算成濃度即為50ppm。
實(shí)施例3 運(yùn)用實(shí)施例1制備的聚合氯化鋁鐵絮(PAFC)凝劑對(duì)污水進(jìn)行處理，并用某污水廠 生化出水做燒杯實(shí)驗(yàn)。 污水廠生化出水的水質(zhì)情況為COD&為120mg/L、 TP為5mg/L、濁度為35NTU。分 別采用自制聚合氯化鋁鐵和市售PAC絮凝劑分別在混凝試驗(yàn)攪拌儀上做燒杯實(shí)驗(yàn)(平均水 溫為15t:、水樣pH約為6)，攪拌15min，靜置15min后，于液面下2cm處取水樣測其濁度。 比較最佳投藥度(50卯m)下的處理效果。 請看圖5，將本發(fā)明的自制PAFC和市售PAC作對(duì)比，證實(shí)了發(fā)明的混凝效果的優(yōu)越 性。由圖5可看出以污泥為原料合成的聚合氯化鋁鐵藥劑在50mg/L投藥量下對(duì)生化出水 CODtt、 TP和濁度的去除率分別約為C0D64%、 TP85X、濁度89% ;自制PAFC的COD^、濁度、 總磷的去除率都優(yōu)于市售PAC，其CODtt去除率更是高達(dá)64%，是市售PAC的去除率的1. 39倍。
權(quán)利要求
以造紙化學(xué)污泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于A、采用造紙化學(xué)污泥作為原料，先將污泥烘干，然后于105℃烘干，研磨，過80目篩，篩下物為粒徑小于80目的污泥粉末；B、量取污泥粉末∶6mol/L的鹽酸＝1∶3～5質(zhì)量比，于95℃反應(yīng)1～2h，反應(yīng)完畢后，靜置30min后取上清液；C、向B步的上清液中加入鋁酸鈣粉，鋁酸鈣粉的加入量為污泥粉末質(zhì)量的0.8～1.2倍，再在95℃反應(yīng)2～3h，反應(yīng)完畢后，靜置30min后取上清液；D、用弱酸或堿將C步的上清液的PH調(diào)至2～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品，將液體產(chǎn)品干燥后即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以造紙化學(xué)污泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在 于步驟D中將將液體產(chǎn)品干燥后即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品的干燥溫度不宜超過ll(TC。
全文摘要
以造紙化學(xué)污泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的方法，涉及一種聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法。用造紙化學(xué)污泥、鋁酸鈣、鹽酸為原料，先將造紙廢水處理的化學(xué)污泥自然風(fēng)干，然后于105℃烘干，研磨，過80目篩，得篩下物污泥粉末。接著，量取污泥粉末∶鹽酸(6mol/L)＝1∶3～5(質(zhì)量比)，于95℃反應(yīng)1～2h，充分酸溶后，靜置30min后取上清液。然后，向上清液中加入鋁酸鈣粉，鋁酸鈣粉的加入量為污泥粉末質(zhì)量的0.8～1.2倍，再在95℃反應(yīng)2～3h，反應(yīng)完畢后，靜置30min后取上清液。最后，用弱酸(堿)將溶液pH調(diào)至2～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品，將液體產(chǎn)品干燥后即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。
文檔編號(hào)C02F1/52GK101723471SQ20101002249
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者余波, 吳錦峰, 束玉寶, 潘碌亭, 王文蕾, 王鍵 申請人:同濟(jì)大學(xué)