利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法

• 聚合氯化铝铁(PAFC)是一种新型、高效的无机阳离子复合絮凝剂，聚合氯化铝铁既具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊效果好、对设备管路腐蚀性小等优点；还具有铁盐絮凝剂絮体沉降快、易于分离、低温处理性能好、水处理pH值范围大等优点，是一种良好的污水处理剂。因此如能将城市污水处理产生的污泥中铝、铁进行回收，并制成可以工业使用的聚合氯化铝铁絮凝剂，则具有良好的工业前景和广泛的环保效益。
• 利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
  (1)将城市污泥加入水热反应器中，加入过氧化氢水溶液，在0.8-1.2MPa的压力下，加热至120-150℃，保温反应2-4h；
  (2)反应结束后，静置待固液分离，过滤得滤渣；
  (3)在上述滤渣中加入工业盐酸进行酸溶；
  (4)充分酸溶后，加水稀释，再加入含铁盐酸，搅拌均匀，升温至75-80℃，加入铝酸钙粉、氯酸钠和硫化钠，于95-100℃下反应2-3h；
  (5)冷却、陈化，过滤后得产品。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤1)中过氧化氢的加入量为0.04-0.08g/L。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤3)中所述工业盐酸加入量为300-400mL/100g滤渣。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤4)中所述含铁盐酸是含铁量为1%-20%(质量百分数)的盐酸废液。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤4)中所述含铁盐酸的加入量为2-5mL/100g滤渣。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤4)中所述铝酸钙粉的加入量为5-10g/100g滤渣。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤4)中所述氯酸钠的加入量为0.02-0.05g/100g滤渣。
• 根据所述的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：步骤4)中所述硫化钠的加入量为0.1-0.2g/100g滤渣。

利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法技术领域

• 本发明涉及污泥资源化处理和聚合氯化铝生产的技术领域，尤其涉及一种利用城市污泥制备聚合氯化铝絮凝剂的方法。
• 本发明公开了一种利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，其特征在于包括以下步骤：将城市污泥放入水热反应器中，加入过氧化氢水溶液，在0.8-1.2MPa的压力下，加热至120-150℃，保温反应2-4h；反应结束后，静置待固液分离，过滤得滤渣；在上述滤渣中加入工业盐酸，于90-95℃下反应1-2h：充分酸溶后，加水稀释，再加入含铁盐酸，搅拌均匀，升温至75-80℃，加入铝酸钙粉、氯酸钠和硫化钠，于95-100℃下反应2-3h；冷却、陈化，过滤后得红棕色透明液体产品。本发明方法一方面对城市污泥进行了有效的资源化处理，同时廉价制得了高效水处理剂聚合氯化铝铁絮凝剂。
• 城市污水厂污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的放弃物，是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体；是污水中重金属、有机物及营养物等的浓缩。随着我国城市化的快速发展和环境质量标准的日益提高，污水处理率和处理程度也日益得到提高和深化，污泥的产量也越来越多，污泥产生的二次污染也越来越严重，污泥的处理处置己成为环境综合治理工作中的新难点、新挑战。
• 同时城市污水厂污泥也是一种很有利用价值的潜在资源，污泥中含有大量的絮状体，絮状体内含有大量的水分、丰富的有机质及N、P、K等营养元素，还含有重金属及病原菌等有害物质。由于在污水化学混凝强化处理过程中，加入大量的铝盐或铁盐作为絮凝剂，使
  得污泥中还富含大量的铝铁资源。
• 目前城市污水厂污泥处理处置方式为常规的浓缩脱水后，弃置填埋、焚烧或直接农业利用。填埋占地面积大，处置不当易造成二次污染；焚烧能耗大、成本高、投资大；污泥农用虽然费用很低，但是污泥的土地施用会造成土壤中重金属的积累，可以引起小麦、玉米、水稻等的污染，污泥中的重金属，病原菌和其它有机污染物，还可以通过农作物传播到家禽和人类。上述污泥处理处置方法，不仅造成资源和能源的浪费，而且还造成环境污染，危害人类健康。因此，开发综合考虑环境保护和资源综合利用的高效低成本的城市污水厂污泥无害化、资源化的新型处理技术迫在眉睫。
• 针对现有技术的不足，本发明提供了一种环境友好、成本低廉的利用城市污泥制备聚合氯化铝铁絮凝剂的方法，一方面对城市污泥(含水率96%-99%，有机物含量60%-80%)进行有效的资源化处理，同时廉价制得高效水处理剂聚合氯化铝铁絮凝剂。
• 为实现本发明目的，本发明采用的技术方案是：
  (1)将城市污泥放入水热反应器中，加入过氧化氢水溶液，在0.8-1.2MPa的压力下，加热至120-150℃，保温反应2-4h；
  (2)反应结束后，静置待固液分离，过滤得滤渣；
  (3)在上述滤渣中加入工业盐酸进行酸溶；
  (4)充分酸溶后，加水稀释，再加入含铁盐酸，搅拌均匀，升温至75-80℃，加入铝酸钙粉、氯酸钠和硫化钠，于95-100℃下反应2-3h；
  (5)冷却、陈化，过滤后得红棕色透明液体产品。
• 进一步，所述步骤(1)中加入的过氧化氢的浓度为30%(质量百分比)，过氧化氢的加入量为0.04-0.08g/L。
• 所述步骤(3)中所述工业盐酸中的盐酸含量为28-31%(质量百分比)，该工业盐酸加入量为300-400mL/100g滤渣，优选的酸溶条件为在90-95℃下反应1-2h。
• 所述步骤(4)中加入水是为了将步骤(3)酸溶后的含酸浓度高的混合物进行稀释，从而降低其酸浓度，本发明优选的水的加入量为200-250mL/100g滤渣。
• 所述步骤(4)中所述含铁盐酸是含铁量为1%-20%(质量百分数)的盐酸废液，该盐酸废液来自于钢铁厂的盐酸洗液，其中的盐酸含量为5%-15%(质量百分数)，该含铁盐酸的加入量为2-5mL/100g滤渣。
• 所述步骤(4)中所述铝酸钙粉的加入量为5-10g/100g滤渣。
• 所述步骤(4)中所述氯酸钠的加入量为0.02-0.05g/100g滤渣。
• 所述步骤(4)中所述的硫化钠的作用是捕捉重金属离子，使重金属离子聚沉从而达到将其脱除的目的，但硫化钠同时也会与Al3+、Fe3+反应生成沉淀，这不利于本发明反应产品的生成，因此需要根据污泥中的重金属含量优选硫化钠的加入量，本发明优选的硫化
  钠的加入量为0.1-0.2g/100g滤渣，既能使重金属离子充分聚沉，同时也不会过量与Al3+、Fe3+发生反应，影响本发明产品的收率。
• 所述步骤(5)中陈化时间为20-30h。
• 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
  (1)本发明以城市污水厂污泥(含水率96%-99%)为原料制备聚合氯化铝铁絮凝剂，不仅对城市污泥进行了有效的资源化处理，解决了污泥可能对环境产生的二次污染问题，而且充分利用了污泥中的铝铁资源，廉价制得了高效的聚合氯化铝铁絮凝剂，实现了“化害为利，变废为宝”的目的，具有显著的经济、社会和环境效益；
  (2)本发明采用水热氧化技术对城市污泥进行处理，其反应速度快，充分降解了污泥中的化学物质，有效分离了污泥中的有机物和无机物，为后续聚合氯化铝铁絮凝剂的制备奠定了基础，同时该技术能耗低，无毒、无害，不会造成二次污染，不仅能达到污泥零排放及清洁生产的目的，同时大大降低了处理成本；
  (3)本发明采用酸溶法，提高了城市污泥中铝铁的溶出率，同时在反应过程中除去了重金属离子，一方面提高了本发明聚合氯化铝铁絮凝剂的收率，另一方面也使得本发明产品在使用过程中不会造成二次重金属污染；
  (4)本发明以工业废酸为原料，在降低聚合氯化铝铁絮凝剂生产成本的同时，回收了废酸，达到以废治废的目的，实现工业废酸的资源化及综合利用；
  (5)本发明的聚合氯化铝铁絮凝剂具有良好的脱色絮凝效果，投加量少，广泛适用于生活饮用水、工业用水、生活用水、生活污水和工业污水处理等。
• 为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。
  实施例1
  将城市污水处理厂的污泥放入水热反应器中，加入浓度为30%(质量百分比)的过氧化氢，过氧化氢的加入量为0.05-0.06g/L，在1.1-1.2MPa的压力下，加热至135-140℃，保持温度水热反应3h；反应结束后，静置30min，待固液分离，过滤得滤渣；称取滤渣100g，加入350mL工业盐酸进行酸溶，于90℃下反应1.5h；充分酸溶后，加入200mL水、3mL含铁量为1-20%的含铁盐酸废液，升温至80℃，加入6.8g铝酸钙粉、0.03g氯酸钠、0.1g硫化钠，于95℃下反应2.5h；冷却、陈化24h，过滤后得红棕色透明液体产品1。
  实施例2
  将城市污水处理厂的污泥放入水热反应器中，加入浓度为30%(质量百分比)的过氧化氢，过氧化氢的加入量为0.06-0.07g/L，在1.1 -1.2MPa的压力下，加热至145-150℃，保持温度水热反应2.5h；反应结束后，静置30min，待固液分离，过滤得滤渣；称取滤渣100g，加入380mL工业盐酸进行酸溶，于95℃下反应1h；充分酸溶后，加入250mL水、4mL含铁量为1%-20%的含铁盐酸废液，升温至75℃，加入8.7g铝酸钙粉、0.05g氯酸钠、0.2g硫化钠，于98℃下反应2.5h；冷却、陈化20h，过滤后得红棕色透明液体产品2。
  实施例3
  将城市污水处理厂的污泥放入水热反应器中，加入浓度为30%(质量百分比)的过氧化氢，过氧化氧的加入量为0.04-0.05g/L，在0. 9-1.0MPa的压力下，加热至135-140℃，保持温度水热反应4h；反应结束后，静置60min，待固液分离，过滤得滤渣；称取滤渣100g，加入300mL工业盐酸进行酸溶，于95℃下反应1.5h；充分酸溶后，加入230mL水、2mL含铁量为1%-20%的含铁盐酸废液，升温至80℃，加入5g铝酸钙粉、0.05g氯酸钠、0.1g硫化钠，于98℃下反应3h；冷却、陈化24h，过滤后得红棕色透明液体产品3。
  实施例4
  将城市污水处理厂的污泥放入水热反应器中，加入浓度为30%(质量百分比)的过氧化氢，过氧化氢的加入量为0.07-0.08g/L，在0.8 -0.9MPa的压力下，加热至120-125℃，保持温度水热反应2h；反应结束后，静置70min，待固液分离，过滤得滤渣；称取滤浓100g，加入400mL工业盐酸进行酸溶，于90℃下反应2h；充分酸溶后，加入250mL水、5mL含铁量为1%-20%的含铁盐酸废液，升温至75℃，加入10g铝酸钙粉、0.02g氯酸钠、0.2g硫化钠，于100℃下反应2h；冷却、陈化30h，过滤后得红棕色透明液体产品4。
• 本发明产品性能试验：
  (1)按照聚合氯化铝国家标准(GB15892-2003)检验实施例1-3制备所得聚合氯化铝铁，各项指标均能达到或高于合格品标准，结果见表。
  表1聚合氯化铝铁(液体)产品质量指标
  

  制得的聚合氯化铝铁液体指标

  项目	单位	标准要求(II液体)	产品1	产品2	产品3
  Al2O3含量	%	≥10.0	11.2	12.0	11.5
  盐基度	%	40-90	82.67	83.48	84.69
  密度(20℃)	g/cm3	≥1.19	1.21	1.25	1.28
  水不溶物	%	≤0.5	0.032	0.012	0.025
  pH值(1%水溶液)	%	3.5-5.0	4.56	4.21	4.37
  条件粘度(30℃)	s	≥200	305.82	332.67	340.78
  铁(以Fe计)	%	≥0.5	1.084	1.132	1.204
  亚铁含量(以Fe2+计)	%	≤0.05	0.00	0.00	0.00
  SO4^2含量	%	2.5-3.5	2.791	2.678	2.872
  Hg	ppm	＜0.1	0.082	0.063	0.075
  Cd	ppm	＜1.8	1.423	1.248	1.342
  As	ppm	＜5.0	3.165	3.287	3.108
  Pb	ppm	＜4.5	4.265	4.230	4.328
  Cr	ppm	＜10	8.804	8.879	8.765
  外观	液体	红棕色	红棕色	红棕色	红棕色

  (2)本发明实施例1-3中所制得的聚合氯化铝铁(PAFC)与市场上销售的絮凝剂(PAC、PFS、PAFC)对等量相同污水处理效果的比较，其结果见表2。
  

  不同絮凝剂对污水处理效果的比较

  絮凝剂	投加量(ml/L)	COD去除率(%)	浊度去除率(%)	现象
  PAC	0.1	78.6	88.4	絮体小，沉降快
  	0.2	83.5	93.7
  PFS	0.1	74.1	86.2	絮体大，沉降较快
  	0.2	82.7	91.8
  PAFC	0.1	80.9	89.7	絮体大，沉降快
  	0.2	89.2	95.1
  产品1	0.1	80.7	89.5	絮体大，沉降快
  	0.2	88.6	95.7
  产品2	0.1	82.5	90.4	絮体大，沉降快
  	0.2	90.3	96.9
  产品3	0.1	81.1	89.3	絮体大，沉降快
  	0.2	89.2	95.9

• 结合表1，从表2中的实验结果可知，本发明的聚合氯化铝铁絮凝剂不仅性能优良，各项指标均能达到或高于合格品标准，而且具有良好的污水处理效果。与市场销售絮凝剂(PAC、PFS)的絮凝性能相比较，本发明所制备的液体聚合氯化铝铁的絮凝反应速度快，絮体大而结实，絮体沉降速度快，COD、浊度去除率高，同时本发明产品能达到或略优于市售聚合氯化铝铁(PAFC)产品的处理效果。这表明以城市污水厂污泥为原料制备聚合氯化铝铁絮凝剂不仅水处理效果好，而且可以完全取代市售聚合氯化铝铁(PAFC)产品，本发明方法在提供了一种处理处置污泥的新途径的同时，充分利用污泥中的铝铁资源廉价制备了聚合氯化铝铁絮凝剂，实现“化害为利，变废为宝”、污泥资源化清洁生产的目的，具有显著的经济、环境和社会效益。

• 巩义市泰和水处理材料有限公司专业聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁、各种无机盐类絮凝剂、无机铁盐、铝盐、助凝剂聚丙烯酰胺等净水药剂的专业厂家。