水处理污泥中铁盐循环利用的实验

X703
Experimental research on malysite recycling of sludge from wastewater treatment
Zhou Bo Liu Nairui Chen Qide
（ School of Engine and Energy， Northwestern Polytechnical University， Xi’ an 710072 ， China）
：
2+ －H+
Fe（ H2 O） 3 OH2 + Fe（ H2 O） 4 （ OH）
－H+

－H+
Fe（ H2 O） 3 （ OH） 3 Fe（ H2 O） 2 （ OH） Fe（ H2 O） （ OH）
2－ 5 －H+
4－

3－ Fe（ OH） 6 铁盐通过一个水解—聚合—沉淀过程而达到废
1
1． 1
实验部分
实验材料
本实验所用废水取自中石化陕北某采气厂， 废 水浊度大、 矿化度较高、 含有大量悬浮物， 水温偏低。 水质分析见表 1 。
表1 Table 1
项目 浊度 （ NTU）
式中： η 为 铁 盐 回 收 率 （ % ） ； Fe 为 上 清 液 铁 含 量 （ mg） ； Fe a 为污泥中总铁量（ mg） 。 经酸化和超声波协同作用后， 离心分离上清液 后剩余泥渣， 于 100 ～ 105 ℃ 烘干， 测定污泥的总固 体含量。对比未酸化的污泥总固体量， 总固体减少 量定义如下式所示： R = TS － TS a × 100 % TS （ 2）
Abstract The research object of our study is malysitecontaining sludge produced in the wastewater treatment． The optimum conditiomined and the recycling effect as well as recyclabiltiy of malysite is also discussed in the paper． Results showed that the malysite recovery and the total solid reduction was in a linear relationship under the synergistic effect of acidification and ultrasonic． The recovery of malysite the ultrasonic power was stronger and the reduction of total solid were enhanced when the pH value was lower， and the reaction time was longer． Temperature could change the nature of the sludge and destroy the structure of the malysite recovery and the total solid remetal polynuclear complex． While the temperature was above 25 ℃ ， duction were improved insignificantly． The accumulations of heavy metal ion and organic matter were reduced effectively when the fresh malysite and recycled malysite was prepared at a ratio of 1∶ 1 ， with an equivalent effect of fresh malysite flocculant． Therefore， if the synergistic effect of acidification and ultrasonic was applied to recycle the malysite of sludge， the sludge could be reused and reduced， gaining both economic and environmental benefits． Key words malysite； acidification； ultrasonic； recycle 现存各种水处理工艺中对于絮凝剂的研究， 只 强调高效， 经济因素， 忽视了资源可持续。高效的水 处理工艺应是实现絮凝剂的循环再利用， 尽量减少 污泥排放。 铝盐和铁盐是水处理中最常用的絮凝剂 。根据 文献报道， 目前国内外对于铝盐和铁盐絮凝剂主要
［1 ］ ［2 ］ 回收方法有： 酸碱法 、 离子交换萃取法 和组合 ［1 ］ 膜法 。酸碱法在美国和日本已有实际应用， 技术 ［3 ， 4 ］ 。 离子交换 成熟， 成本较低， 但是分离效果不佳 萃取法分离效果好， 回收率高， 但是缺乏环境友好、
。 组合膜法是一种新型的处理 易带来二次污染 技术， 选择性强， 回收率高， 比较环保， 目前处于实验 ［7 ， 8 ］ 。 室研究阶段， 其工程可行性及经济性不明 铁盐絮凝剂相对于铝盐絮凝剂安全无生物毒 性， 具有形成矾花结实、 用量少、 沉降快等优点， 近年 。 成为研究热点 本研究通过酸化法和超声波协同作 用回收水处理污泥中铁盐， 实现铁盐的循环利用。 考察 pH 值、 超声波功率和作用时间、 温度对铁盐回
第5 卷 第8 期 2 0 1 1 年 8 月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 5 ， No ． 8 Aug． 2 0 1 1
水处理污泥中铁盐循环利用的实验研究
周 波 刘乃瑞 陈启德
（ 西北工业大学动力与能源学院 ， 西安 710072 ） 摘 要 以废水处理产生的含铁盐污泥为研究对象 ， 确定铁盐回收最佳条件 ， 探讨铁盐回收效果及可循环性 。 结果表 明： 在酸化法和超声波协同作用下 ， 铁盐回收率和总固体减少量之间存在线性关系 ， 铁盐回收率和总固体减量随 pH 值降 25 ℃ 以后铁盐回收率 超声波功率增加、 作用时间延长而提高。温度可以改变污泥的性质 ， 破坏金属多核络合物的结构 ， 低、 和总固体减少量没有明显提高 。当新鲜铁盐和回收铁盐 1∶ 1 配比时， 有效减缓重金属离子和有机物累积 ， 效果与新鲜铁盐 絮凝剂相当。采用酸化法和超声波协同作用回收水处理污泥中铁盐可以实现污泥的资源化与减量化 ， 达到经济效益和环 境效益的统一。 关键词 铁盐 酸化 超声波 循环利用 A 9108 （ 2011 ） 08180506 文章编号 1673中图分类号 文献标识码
废水的水质分析
温度 （ ℃） 总硬度 （ mg / L） EDTA 滴定法 200 ～ 400
Measurement of wastewater quality
pH
测定方法 分光光度法 玻璃电极法 水银温度计 10 ～ 25 测量结果 325 ～ 502 6． 75 ～ 7． 85
式中： R 为污泥总固体减少量 （ % ） ； TS 为未酸化污 泥的总固体含量 （ mg / L ） ； TS a 为酸化后污泥的总固 体含量（ mg / L） 。 1 ． 3 仪器与试剂
1806
环 境 工 程 学 报
第5卷
收率和总固体减少量的影响， 并分析了铁盐回收率 。 与总固体减少量之间关系 最后， 通过测定浊度去 除率、 铁盐回收率和污泥中总固体减少量 ， 分析了新 鲜铁盐与回收铁盐在不同配比值 B 下 5 次循环投 加效果。
离心分离出上清液， 稀释 酸化和超声波协同作用后， 后采用邻菲啰啉分光光度法测定吸光度并做空白校 正， 对比总铁浓度校准曲线可算得总铁含量。 对比 铁盐回收率定义如下式 已知污泥 中 总 铁 盐 含 量， 所示： η = Fe × 100 % Fe a （ 1）
铁盐在强酸性条件下主要以离子形式存在在接近中性和强碱性条件下主要以多孔疏松的连接复杂的网状絮体结构存在它们在形成过程中对水中胶粒有着良好的吸附和网捕作用10浓度大小可以改变多核多羟基络合物表面特性破坏絮凝体的凝聚稳定性和动力稳定性反应的方程式为11单纯利用酸化法回收铁盐因分离效果不佳而回收率较低超声波协同作用后能够提高铁离子析出率有效解决分离效果不佳问题
收稿日期：2010 － 08 － 14 ； 修订日期：2010 － 10 － 20 作者简介：周波（ 1984 ～ ） ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向为环境污 mail： zhoubo@ mail． nwpu． edu． cn 染治理。E-
［5 ， 6 ］
工艺流程复杂， 实际操作过程中有毒性部分萃取剂
形成的各种形态复杂多变、 重复性差 水净化的目的， 的羟基聚合物是污泥的主要部分 （ ＞ 80% ） 。 铁盐
第8期
周
波等： 水处理污泥中铁盐循环利用的实验研究
1807
氢氧化物具有两性性质， 在酸性介质中具有良好的 铁盐主要以离子形式存在， 采 可溶性。低 pH 值下， 用酸化和超声波协同作用可以把铁盐从絮凝体中溶 析出来， 离心分离后的铁盐再次循环利用 。 2． 1 pH 值对铁盐回收率和总固体减少量的影响 pH 值是影响污泥中铁盐回收的最关键因素。 铁盐在强酸性条件下主要以离子形式存在 ， 在接近 中性和强碱性条件下主要以多孔疏松的、 连接复杂 的网状絮体结构存在， 它们在形成过程中对水中胶 ［10 ］ H］+ 浓度大小 粒有着良好的吸附和网捕作用 。［
－H+ ［9 ］
新鲜铁盐与离心分离后回收铁盐 （ 即含铁盐上 0． 5 、 1 ） 投加到废 清液） 按不同配比值 B （ 分别取 0 、 通过测定混凝后原水浊度去除率 、 铁盐再次回 水中， 收的回收率和总固体减量， 分析再次回收铁盐絮凝 剂回收效果， 此为一个循环。 连续 5 次循环分别测 定新鲜铁盐与回收铁盐在不同配比值 B 下浊度去 除率、 铁盐回收率和污泥中总固体减量 ， 对比分析得 到最佳投配比值 B 。 1． 2． 4 分析方法 总铁测定采用邻菲啰啉分光光度法， 污泥中总 固体减少量测定采用重量法。已知铁含量的污泥经
图1 pH 对铁盐回收率和总固体减少量的影响 Influence of pH on malysite recovery percentage and total solid reduction
1． 2 1． 2． 1
实验方法
污泥样品的制备 1． 3． 1 仪 器 废水去除沉淀物， 摇匀， 利用正交实验确定铁盐 UV2102PC 型紫 外 / 可 见 光 分 光 光 度 计， 上海 絮凝剂 FeCl3 最佳混凝条件： 投加量为 40 mg / L （ 以 2 型离心沉淀机， 尤尼柯有限公司； 80上海分析器械 pH 值为 7． 5 ， 纯铁计 ） ， 混凝后污泥以 3 500 r / min 2008D 型智能温控低温超声波催化合成 / 萃取 厂； XH离心分离 5 min， 浓缩污泥 （ 含固率约为 10% ） 在 4 （ 20 kHz， 25C 仪， 北京祥鹄科技发展有限公司） ； PHS℃ 下保存， 备用。 型镭磁 pH 计， 上海康仪仪器有限公司。 1． 2． 2 超声波酸化实验 1． 3． 2 试 剂 烧杯中放上述备用含铁盐污泥 200 mL， 通过分 浊度标准溶液， 铁标准溶液， 邻菲啰啉溶液， 乙 超声波功率与作用时间、 温度等 组控制酸化 pH 值、 酸乙酸铵缓冲溶液， 盐酸羟胺溶液， 盐酸溶液 （ 1 + 条件得到铁盐回收最佳条件。 在 4 000 r / min 下离 3） ， ， （ 1 mol / L 饱和乙酸钠溶液 盐酸溶液 优级纯 ） ， 分别测定上清 心 5 min 得到含铁盐上清液和泥渣， 盐酸溶液， 刚果红试纸等。 液中总铁含量和泥渣中总固体含量， 计算得铁盐回 收率和总固体减少量。 2 结果与讨论 1． 2． 3 铁盐循环利用实验 Fe3 + 溶液有强烈的自发水解趋势， 在水解的过 程中同时发生聚合反应。 随着溶液的 pH 变化， 水 3+ 合 Fe 发生配 位 水 分 子 离 解， 形成各种羟基聚合 物， 其水解形态产物和聚合反应如下