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建设资源节约型和环境友好型社会是贯彻科学发展观的重要内容。水厂污泥中主要含有氢氧化铝,有机质,重金属和硅酸盐等四类物质,污泥量大,来源稳定,铝含量高,是一种重要的铝再生资源。目前已有的水厂污泥铝回收方法的杂质分离效果不佳,回收的铝质量差,不能有效利用。我国大多数水厂的污泥都未作任何处理直接排入水体,既污染了环境,又严重浪费了其中不可再生的铝资源。
本文以水厂脱水污泥和浓缩污泥为对象,深入研究了灼烧化学法、清液萃取法和浆液萃取法三种铝回收技术。实验结果表明:灼烧化学化法在500℃下灼烧60min,可去除99.5%左右的有机物。而且该温度下污泥中的铝大部分以γ—-Al<,2>O<,3>的晶型存在,与酸的反应活性高,有利于铝的溶出。酸溶时按Al<,2>O<,3>理论耗酸量的1.4倍投加硫酸,在室温下采用磁力搅拌(100r/min)反应3小时,铝浸出率可达97%以上,且浸出液不含有机物,纯度高。当酸量足够时,固液比对铝的浸出率基本没有影响,表明酸溶过程是化学反应控制,而不是传质控制,可以根据需要用不同浓度的H<,2>SO<,4>和固液比浸出。
清液萃取法是将脱水污泥直接用H<,2>SO<,4>酸溶,过滤后的浸出液再用P204-煤油进行萃取。酸溶时的硫酸投加量略高于理论耗酸量,控制pH为3左右,确保铝的浸出率及与杂质的分离效果。室温下磁力搅拌(100r/min)20min,铝浸出率可达97.3%,而铁和腐殖质的浸出率仅为1.4%和14.4%。硫酸铝浸出液采用0.8mol/L P204一煤油萃取,在pH=3.5、相比(O/A)为1:1的条件下萃取20min,经3级错流萃取后铝的萃取率为96.3%。以5mol/L H<,2>SO<,4>作为反萃剂,在相比5:1的条件下经3级反萃,铝反萃率达到98.9%,铝回收率高,萃取剂流失率小于0.008%。但反萃取速度较萃取速度慢。
浆液萃取法与清液萃取法不同,可用少量硫酸将含固率为5%的水厂浓缩污泥调节pH为5,直接用0.5mol/L P204-煤油萃取剂萃取。实验结果表明,在相比为1:1的条件下萃取15min,一级萃取铝的萃取率高达96.9%以上,比清液单级萃取效率高。但是容易产生乳化,乳化液需采用离心破乳,破乳后萃取剂回收率可达98%以上。以5mol/L H<,2>SO<,4>作为反萃剂,相比5:1的条件下经3级反萃,铝回收率为97.6%,表明反萃取速度比萃取速度低。与清液萃取法相比,该法排泥浆液不必进行固液分离,酸化时投加的硫酸可减少约95%,简化了工艺过程,节省了硫酸消耗。研究表明,清液萃取和浆液萃取法中P204萃取铝均为化学反应控制,工艺条件的调控十分重要。
灼烧化学法、清液萃取法和浆液萃取法回收的铝产品均符合液态硫酸铝行业质量标准(HG2227-91),其混凝效果与分析纯硫酸铝相当,可作为水厂混凝剂使用。水厂污泥铝回收后,污泥质量可减少25~30%,浆液的固液分离和脱水性能也得到了改善,脱水时间都比新鲜污泥缩短了93%以上。若水厂制水规模达到50万m<3>/d,三种铝回收方法每年可回收的硫酸铝价值达到近500万元,节省的污泥处置费用为70~90万元。达到了资源化、减量化、稳定化的目标,具有显著的环境效益和经济效益。