本发明属于污泥减量化和稳定化生产工艺技术领域，同时属于铝灰的资源化应用领域，具体涉及了一种利用改性铝灰与乙酸联合处理污泥的方法。
背景技术：
铝灰是一种产量大、污染严重的工业废渣，主要来源于电解铝厂、铝型材厂、铸造铝合金厂等铝冶炼企业。据统计，每生产1000t铝，就要产生25t左右的铝灰。铝灰的大量堆积，既造成资源的浪费，也污染了环境。铝灰的主要成分是sio2和al2o3，其中sio2的含量一般在5%～20%，al2o3的含量一般在43%～75%。目前，国内外研究机构和企业将铝灰主要用于回收其中的铝，合成高效水处理絮凝剂--聚合氯化铝，用于生产硫酸铝，或将铝灰用于建筑材料中。但由于铝灰产量巨大，且目前针对铝灰资源化利用的规模较小，处理量难以满足日益增长的产量，铝灰的处理处置仍然面临着巨大的挑战。因此，若能充分利用铝灰中高含量的氧化铝和氧化硅，将铝灰应用于相关领域，将对铝灰的资源化利用和改善环境有着重要的现实意义。
目前，随污水处理量的增加，固体废弃物污泥产量日益剧增。据统计2016年年末，我国脱水污泥年产量超过2600万t。污泥是城市产生的重要废弃物之一，因较高的含水率而体积庞大，造成污泥运输困难，污泥高含水率也给污泥的处理处置带来极大的阻碍。同时，污泥中的重金属种类繁多，含量高低不一，极大地影响了污泥的资源化利用。因此对其进行脱水和干燥是实现污泥减量化的重要手段，而污泥中重金属的稳定化也在一定程度上降低了污泥的毒性，更有利于污泥的处置。就污泥脱水而言，目前常用的方法是污泥调理与机械脱水相结合，并随着专家及学者的深入研究，取得了一定的进展。随着脱水工艺的不断优化和发展，污泥脱水剂种类也日渐增多，脱水效果也逐步提高，但是纵观上述工艺，都存在着能耗高、物料消耗高的缺点。同时，诸多学者通过研究证明，污泥中重金属含量和形态可以通过多种方法进行改善。随着污泥中水分脱除及重金属去除及稳定工艺的不断优化，污泥中重金属的处理方式多种多样，处理效果也逐步提高，但是纵观上述工艺，都存在着操作复杂、物耗高，能耗高、经济性不好的缺点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种处理污泥的方法，该方法利用改性铝灰和乙酸联合处理污泥，用于降低污泥含水率，并降低污泥滤液中重金属含量以及改善污泥泥饼中重金属形态分布的方法；该方法既促进了铝灰的资源化利用，也能够极大地降低污泥中的水分以及重金属的风险程度，达到污泥无害化、稳定化和减量化以及铝灰资源化的目的。
本发明的技术方案如下：
（1）在经重力浓缩后的市政污泥中加入乙酸溶液，在常温下搅拌使之充分混匀，然后向污泥中加入改性铝灰，继续搅拌10-30min后，静沉10-30min；
（2）将静沉后的污泥过滤，得到含水率较低的污泥泥饼和污泥滤液，达到降低泥饼和滤液中重金属含量，使重金属稳定化的目的。
所述改性铝灰是在铝灰中加入摩尔浓度为5-20mmol/l的均混液，在20-30℃下搅拌反应3-6h，过滤，固体用蒸馏水抽滤清洗2-3次，然后在90-110℃下干燥2-4h制得，其中铝灰与均混液的质量体积比为1g:10ml-100ml，均混液是十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵按质量比1:1-5:1的比例混合制得。
所述乙酸溶液质量浓度为50%-80%。
所述乙酸溶液体积ml与污泥中绝干固体质量kg之比为100:1-500:1，改性铝灰投加量为污泥中绝干固体质量的20%-80%。
按照《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2016)》测定滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量，将所测值与未经处理的污泥滤液中重金属含量进行对比分析。同时，参照相关方法，对污泥泥饼中五种重金属形态进行提取和含量测定，污泥泥饼中五种重金属形态分别为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态，且该五种形态的重金属稳定性依次由弱到强。因此，通过测定五种形态重金属占总重金属含量的占比，可以分析不稳定态重金属占比的变化情况，从而可以知道改性铝灰与乙酸联合处理污泥对于提高污泥泥饼中强稳定性重金属含量的作用。同时，将泥饼置于瓷坩埚中，放入干燥箱中干燥，按照污泥含水率测定标准进行含水率测定，得到污泥最终含水率。
本发明中铝灰来源于铸造铝合金厂，是利用铝矿制备铝制产品过程中产生的副产物。铝灰中含有大量的矿物性成分二氧化硅及氧化铝，考虑到两者具有刚度较大的骨架空隙结构，若能用于污泥处理方面，将能够为污泥提供有力的骨架构建体，增强污泥颗粒在脱水过程中的刚性，降低其可压缩性，提高污泥脱水性能。同时，还能够通过对铝灰进行改性，改变铝灰颗粒表面电性，使其由负变正，达到使污泥絮体破解重聚的作用，一方面能够将裹挟在污泥颗粒絮体中的结合水释放到自由水相中，增加自由水的占比，使水分更易脱除。另一方面，还能够在污泥絮体破解过程中，促进其中重金属的释放，将迁移性较强的非稳态重金属释放到液相中，在通过污泥絮体重聚过程将液相中不稳定态重金属转变为稳定态金属。而影响污泥中重金属形态和含量的一个关键因素是污泥颗粒表面包裹着的胞外聚合物，胞外聚合物的破解一方面能够释放出束缚在其中的结合水，另一方面还能释放存在于污泥颗粒表面或颗粒结构中的重金属，可以显著改变污泥絮体中水分分布和重金属分布。因此考虑将铝灰进行改性，制成表面电性为正电性的改性铝灰成品，应用于污泥处理方面，以期能够显著改善污泥的含水率和重金属分布。加之乙酸因能够提供阳离子（氢离子），加入污泥中能够进一步促进胞外聚合物的破解，释放更多的结合水和非稳态重金属。乙酸中含有的活性基团也能够与污泥体系中的重金属发生螯合沉淀或者共沉淀作用，从而能够降低液相中重金属含量，并稳定固相中的重金属。同时，乙酸的加入能够促使破解的胞外聚合物中的有机物如蛋白质、多糖等的分解，解离出长链活性基团，如氨基、羧基等，能够络合重金属，形成沉淀，从而改变重金属含量和形态。因此，考虑将乙酸和改性铝灰联合处理污泥，以更大程度地降低污泥中结合水和重金属含量及形态分布。
本发明的优点和技术效果：
本发明的生产工艺简单，操作简便，耗能较低，生产成本低，体现了以废治废的理念；既促进铝灰的资源化利用，也为污泥稳定化和无害化提供了技术支持，节约了大量的资源，应用前景广阔。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本处理污泥的方法，具体操作如下：
（1）称取0.1g十六烷基三甲基溴化铵(相对分子量364.45)与0.1g十八烷基二甲基苄基氯化铵(相对分子量424.15)，加入去离子水100ml，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡2h，待反应结束，得到两者均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为5mmol/l；
（2）在10g工业铝灰中加入100ml浓度为5mmol/l均混液，在20℃下于混合搅拌反应器中反应3h，将固液混合物在0.025mpa下用蒸馏水进行抽滤清洗，重复3次，固体置于干燥器中，在90℃下干燥4h，得到改性铝灰成品，置于药品袋中备用；
（3）取质量浓度50%的乙酸溶液，加入经重力浓缩后的污泥中，常温下立即进行搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌10min使之充分混匀，乙酸溶液体积ml与污泥中绝干固体质量kg之比为150:1；
（4）向投加过乙酸并连续搅拌的污泥中加入改性铝灰，在常温下、250r/min进行搅拌10min，静置沉淀10min，改性铝灰投加量为污泥中绝干固体质量的50%；
（5）污泥经过静置沉淀后，过滤，固体即为污泥泥饼；将滤液按照《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2016)》测定滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量分别为0mg/l、0.032mg/l、0.009mg/l、0.057mg/l、0.52mg/l、0.003mg/l和0.061mg/l；按照重金属形态提取方法将泥饼中不同形态重金属提取出来，测定其中重金属的含量，并计算各形态重金属的占比如下表1所示；
表1不同重金属形态占比(%)
由以上分析可知，滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量较原污泥的滤液中的含量均明显降低。同时，泥饼中的cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的形态由不稳定态向稳定态转变。乙酸和改性铝灰的加入，能够显著降低污泥滤液中重金属的含量，也能使污泥泥饼中不稳定态重金属的含量明显减小。其中，pb和zn处于低风险区，ni处于中等风险区，cu、cr和cd处于无风险区，as的迁移风险由高风险向中等风险转化。
此外，将过滤后的污泥泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在90℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为40.7%。
实施例2：本处理污泥的方法，具体操作如下：
（1）称取十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入去离子水，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡3h，得到均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，其中十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为10mmol/l，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比4:1；
（2）在10g工业铝灰中加入300ml浓度为10mmol/l的均混液，在30℃下于混合搅拌反应器中反应3h，将固液混合物在0.04mpa下用蒸馏水进行抽滤清洗，重复3次，固体置于干燥器中，在110℃下干燥2h，得到改性铝灰成品，置于药品袋中备用；
（3）取质量浓度为65%的乙酸溶液，加入经重力浓缩后的污泥中，在常温下立即进行搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌15min使之充分混匀，乙酸溶液体积ml与污泥中绝干固体质量kg之比为450:1；
（4）向投加过乙酸并连续搅拌的污泥中加入改性铝灰，在常温下、300r/min进行搅拌20min，静置沉淀15min，改性铝灰投加量为污泥中绝干固体质量的50%；
（5）污泥经过静置沉淀后，过滤，固体即为污泥泥饼；将滤液按照《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2016)》测定滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量分别为0mg/l、0.0270mg/l、0.0052mg/l、0.05mg/l、0.46mg/l、0.003mg/l和0.055mg/l；按照重金属形态提取方法将泥饼中不同形态重金属提取出来，测定其中重金属的含量，并计算各形态重金属的占比如下表2所示；
表2不同重金属形态占比(%)
由以上分析可知，滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量较原污泥的滤液中的含量均明显降低。同时，泥饼中的cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的形态由不稳定态向稳定态转变。乙酸和改性铝灰的加入，能够显著降低污泥滤液中重金属的含量，也能使污泥泥饼中不稳定态重金属的含量明显减小。其中，pb和zn处于低风险区，ni处于中等风险区，cu、cr和cd处于无风险区，as的迁移风险由高风险向中等风险转化。
此外，将过滤后的污泥泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在90℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为40.2%。
实施例3：本处理污泥的方法，具体操作如下：
（1）称取十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵，加入去离子水，混匀后将混合液于常温条件下，置于振荡器中振荡3h，得到均混液，置于棕色试剂瓶中留存备用，其中十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵在均混液中的总摩尔浓度为20mmol/l，十六烷基三甲基溴化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵的质量比3:1；
（2）在10g工业铝灰中加入500ml浓度为20mmol/l的均混液，在25℃下于混合搅拌反应器中反应6h，将固液混合物在0.04mpa下用蒸馏水进行抽滤清洗，重复2次，固体置于干燥器中，在100℃下干燥3h，得到改性铝灰成品，置于药品袋中备用；
（3）取质量浓度为80%的乙酸溶液，加入经重力浓缩后的污泥中，在常温下立即进行搅拌，搅拌速度为250r/min，搅拌20min使之充分混匀，乙酸溶液体积ml与污泥中绝干固体质量kg之比为250:1；
（4）向投加过乙酸并连续搅拌的污泥中加入改性铝灰，在常温下、500r/min进行搅拌10min，静置沉淀30min，改性铝灰投加量为污泥中绝干固体质量的80%；
（5）污泥经过静置沉淀后，过滤，固体即为污泥泥饼；将滤液按照《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2016)》测定滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量分别为0mg/l、0.020mg/l、0.005mg/l、0.045mg/l、0.5mg/l、0.0025mg/l和0.05mg/l；按照重金属形态提取方法将泥饼中不同形态重金属提取出来，测定其中重金属的含量，并计算各形态重金属的占比如下表3所示；
表3不同重金属形态占比(%)
由以上分析可知，滤液中重金属cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的含量较原污泥的滤液中的含量均明显降低。同时，泥饼中的cd、cr、cu、pb、zn、ni和as的形态由不稳定态向稳定态转变。乙酸和改性铝灰的加入，能够显著降低污泥滤液中重金属的含量，也能使污泥泥饼中不稳定态重金属的含量明显减小。其中，pb和zn处于低风险区，ni处于中等风险区，cu、cr和cd处于无风险区，as的迁移风险由高风险向低风险转化。
此外，将过滤后的污泥泥饼置于瓷坩埚中，盛有泥饼的坩埚放入烘箱中，在90℃下干燥2h至恒重，取出坩埚，放于干燥器中冷却；通过测量坩埚进入烘箱前后的质量，计算出泥饼的含水率为40%。