专利名称：絮凝剂的回收方法
技术领域：
本发明涉及在反复使用水或污水处理工艺中用的无机絮凝剂的条件下从该工艺中所形成的含絮凝污泥回收该无机絮凝剂的方法。所描述的方法具有双重优点，即减少了污泥的处置量，又减少了所需的絮凝剂的添加量，从而节省了絮凝剂的费用。
本说明书的后面给出了所涉及的版物的书名目录。
为了满足人们日益增长的对工业化和城市化社会的迫切要求，负责不的管理部门必须转向采用复杂的技术来处理越来越多的被污染水源，这就产生一个二次污染的问题，作为处理的结果生成的剩余物/污泥的处理问题。通常，这种剩余物中含有大量的无机絮凝剂，如氢氧化铝成氢氧化铁，它们的容量很大，使得污泥对它们排放到的环境很少具有益处。
在许多水/废不净化过程中，絮凝剂用来促使胶体杂质凝聚，然后通过沉淀或过滤，使凝聚的杂质从水中分离出来，絮凝剂可以是自然界中的有机物或无机物，无机絮凝剂通常包括铁或铝，最普遍使用的是硫酸铝(明矾)或硫酸铁或氯化铁。
过去人们去回收和重新利用传统水处理工艺中的明矾通常是要解决和处理含污泥的氢氧化铝的有亲问题。明矾的回收要减少固体量并且还可以改善剩余物的脱水和过滤性能，明矾的重新利用也可减少化学费用。
简单地用硫酸或氢氧化钠溶解氢氧化铝在技术上是可行的，但是由于存在多种杂质并不是所有回收的铝都能被重新利用。
在实验室中，在小规模实验装置和大规模装置的实验中(1-8)，已以研究出了用硫酸溶解氢氧化铝，然后通过沉淀或过滤使固体剩余物从溶解的铝中简单分离出来。
最大铝回收量的PH值位于1-3范围内，其数值取决于被处理的污泥，显然PH为2.0是适中的方案。回收部分占50-90%时，所需的酸是理论需酸量的1.8倍。回收的明矾在絮凝性能上通常比未使用的明矾要差一些，在回收液体中，所形成的杂质，如金属和有机酸也可能造成问题。其危险在于这些杂质会被转移到生成的水中，并会减少回收铝的效率。
通过NaOH或Ca(OH)2的碱化作用从给水设备的污泥中回收铝在实验室条件下已经进行这(9)，尽管铝的回收量可能达到80%，但由于杂质的问题，该文献(9)的作者提到循环理只占总剂量的50%。对于从回收的絮凝剂中除去重金属，石灰要比氢氧化钠有效得多。
当硫酸铝作为最普通的絮凝剂使用时，聚合铝盐(PAC)由于它们出色的絮凝性能和低的残余铝浓度，在世界范围内越来越被广泛使用。在实验室研究(10)中，证明通过酸化回收并且重新使用这些聚合物是可能的，这表明回收的絮凝剂是可以重新使用的。这项结果还表明与未使用的絮凝剂相比，所回收的聚合物的效果较差。
当通过用酸或碱对絮凝剂再溶解来回收电解的絮凝剂时，有几个问题需要克服。首先，所需酸或碱的量既受含水量的影响，也受污泥龄的影响。由于费用不高的污泥脱水过程很慢，故污泥会老化。其次，在再溶解过程中，污泥中的有机酸和重金属会游离出来，如对聚氢氧化铝的再溶解，老化的泥需要较低的PH值，这增加了其它不希望有的组份在回收液中的浓度，在目前情况下，只有大约50-70%回收的絮凝剂可以安全地重复利用。
为了改进铝的回收比例，提高铝从杂质中分离的效要，于是人们在实验室中，对一些工艺作为评价，如游态离子交换(11)、电化学絮凝剂再生(12)、超滤(13)、以及采用复合膜(14)两步铝的选择性回收，这些工艺在实际场合是否经济尚需观察。
对简单工艺，要求它有选择地回收无机絮凝剂，留下不想要的杂质，如腐植酸和灰黄霉酸。目前我们发现有一种可满足这种要求的经较简单的分离方法，该方法可以用于使用无机絮凝的水处理设备中。
本发明提供了一种在可以有效地重复使用絮凝剂的条件下，从水/废水处理污泥中回收无机凝剂的方法，该方法包括以下步骤1.用合适的酸性物质或碱性物质处理污泥，以便使絮凝剂溶解;
2.通过调整液体的PH值(通常为2-3)使腐植酸沉淀;
3.向液体中加入聚合电解质和一种任选的固体吸附剂，使得杂质沉淀;
4.使污泥与含溶解的絮凝剂的液体相分离;
5.使从前面步骤4得到的液体与带正电荷的和/或疏水性固体吸附剂相接触，以除去溶解的有机物。
在步骤3中使用的聚合电解质可以是任何一种水处理工艺中用的众所周知的聚合电解质，可以使用阳离子和非离子型聚合电解质，然而阴离子聚丙烯酰胺如CyanamidSuperflocA/30或A21258是最佳的。
在步骤3使用的固体吸附剂可以是任何合适的颗粒吸附剂，最好的吸附剂是天然的或人工的粘土矿或炭颗粒。
步骤5中用的带正电的和/或疏水型吸附剂(下文用“PC/H的吸附剂”表示)可以在一个很宽的范围内选择，合适的物质包括硅石或用含有长烃链的有机硅化合物处理过的矿物质，例如用C16烃处理过的Sep-Pak，“白碳”如XAD树脂和阴离子交换树脂。阴离子交换树脂最好是PC/H吸附剂。
与PC/H吸附剂相接触可以用任何合适的已知方式来进行，如使液体穿过PC/H吸附剂的固体床或液化床，或使吸附剂穿过液体循环。
所用的吸附剂有有限的容量，但是它们可以被再生。用在步骤3中的固体吸附剂最好足够便宜。但是可以用碱来再生。我们意外发现，在本发明的步骤5中，如果PC/H吸附剂是带正电的，杂质会由于在PC/H吸附剂周围形成覆盖层而除去。大部分覆盖层可以通过物理手段从覆盖着杂质的PC/H吸附剂上除下来;如通过水流冲洗，通过搅拌负载PC/H吸附剂在不中的悬浮液，或通过回流或用空气冲刷PC/H吸附剂主要形式。然后使部分清洁的PC/H吸附剂与生成的杂质悬浊液相分离，杂质悬浮液被排放。冲洗所使用的水不是重要的，净化后的水或不纯的进水都可以使用，冲洗过程留下少部分的吸附杂质，它被收集起来，最好洗涤过的PC/H吸附剂定期使用合适的药剂如碱性溶液进行处理，进一步再生。
因此，另一方面本发明提供了一种水处理污泥中回收无机絮凝剂的方法，该方法包括以上1-5个步骤，然后(如有必要)使覆盖有杂质的带正电荷的PC/H吸附剂经历物理过程，以从PC/H吸附剂上除去吸附的杂质，从PC/H吸附剂中的分离出所去除的杂质，将纯净的PC/H吸附剂循环送回前面的步骤中。
下面结合非限制性的实施例对本发明的方法进一步描述。
实施例1在PH2.5下用稀释的硫酸对水处理污泥进行处理，使液体与污泥相分离，然后用聚合电解质进行处理以沉淀出二次污泥，从聚合电解质处理得到的上层清液是含有大量铝的溶液，其初始色度是460PCU，总有机碳(TOC)含量是190mg/l，上述溶液穿过Armb-erlite IRA910树脂柱，该树脂可以是OH-型或硫酸根型，对OH-的柱，出流液的平均色度为120PCU，TOC为50mg/l。
每一个柱都流过所有初始存在的铝。
当用水冲洗覆盖着杂质的树脂时，OH-型柱所释放的杂质等于初始色度的55%，TOC的42%，而硫酸根型的柱由得放出28%的色度和24%的TOC的杂质。每一个柱用0.5M的NaOH进一步处理，所释放的杂持对OH-型的柱，等于45%的初始色度，58%的初始TOC，对硫酸根型的柱，等于72%的初始色度，58%的初始TOC。
实施例2在PH为2.5条件下，用酸处理从SIRFLOC工艺中生成的污泥，在酸处理得到的上层清液中加入阳离子聚合电解质，生成絮状体沉淀物，并使其沉淀，来自聚合电解质处理的上层清液其PH值为2.95，铝的含量为317mg/l，表现色度等于1080PCU、TOC等于164mg/l。
对一组吸附剂进行测试，以得到它们从上清液中去除有机物的效率，参加测试的有阴离子交换树脂、固相提取剂、污性碳和“白碳”型。所用的阴离子交换树脂是氯型的，条件和结果见下表5。实验是用非常小的床进行的，因为一些物质的量非常有限，床体积在1-5ml范围内，用0.5M的NaOH清洗后测量吸附物质的量。
SIROFLOC为CSIRO有注册商标，SIROFLOC工艺取得了专利，专利权人为AustepPtyLtd，即DaryJohnBrown的子公司。
虽然这些实验的性质仅经过初步筛选得到，但其结果可分为三种。
官能型的吸附剂(如阴离子交换树脂0它可很好地吸附有机色度，使所有铝穿过，它们完全是化学计量再生。
非官能型的吸附剂，它们的吸附容量取决于它们的孔径，无论孔径的大小都能很好地吸附有机物，但它只有实现部分再生，取决于疏水相互作用的带有C18的硅吸附剂了可以很成功地吸附有机物，这些物质相对于离子交换树脂费用较高。
活性碳也可以成功地吸附有机物，但是在再生时，TOC的再生值显得比色度再生值要好，这也许具有高密度生色团的大分子被碳中中的孔眼捕集。同时是亲水性和非官能型的硅胶运行情况不好。
采用来自阴离子交换柱的出流液进行的瓶式检验表明现存的Al3+絮凝性能恢复到初始絮凝能力的90%以上。
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权利要求
1.一种在能够有效地重复使用絮凝剂的条件下，从水/废水处理污泥中回收无机絮凝剂的方法，该方法包括以下步骤(1)用合适的酸性物质或碱性物质处理污泥，以便使絮凝剂溶解，生成一种含有从污泥中所溶解的絮凝剂的液体；(2)通过调整液体的PH值，使腐植酸沉淀；(3)向液体中加入聚合电解质和一种任选的固体吸附剂，使得杂质沉淀；(4)使污泥与含溶解的絮凝剂的液体相分离；(5)使从步骤(4)得到的液体与带正电荷的和/或疏水性固体吸附剂相接触，以除去溶解的有机物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使在步骤(5)中得到覆盖着杂质的带正电荷的和/或疏水性固态吸附剂(“PC/H吸附剂”)经历物理过程，以从PC/H吸附剂上去除杂质覆盖层，使除去的杂质与PC/H吸附剂相分离，将清洁的PC/H吸附剂送回到步骤(5)的过程中去。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于聚合电解质是阴离子聚合电解质。
4.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤(3)中的吸附剂是天然的或人造的粘土矿物质或碳颗粒。
5.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于用在步骤(5)中的带正电荷的和/或疏水性的吸附剂(“PC/H吸附剂”)选自硅石或用含长烃链的有机硅化合物处理过的矿物质，或“白碳”。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于带正电荷的和/或疏水性吸附剂是阴离子交换树脂。
全文摘要
本发明涉及从水或废水处理过程中生成的含絮凝剂的污泥中回收所使用的无机絮凝剂的方法。所述的方法具有两个优点，既能减少需处置污泥的体积，又能减少所需未使用的絮凝剂的量，从而节省了絮凝剂的费用。
文档编号C02F1/52GK1083448SQ93108739
公开日1994年3月9日 申请日期1993年6月16日 优先权日1992年6月16日
发明者N·J·安德森, L·O·科拉里克 申请人:联邦科学和工业研究组织