利用铝基污泥通过钙矾石沉淀实现废水中硫酸盐和重金属的高效去除

《Separation and Purification Technology》：Effective removal of sulfate and heavy metals from wastewater by ettringite precipitation using aluminum-based sludge

本文提出了一种创新性废水处理策略，通过铝基污泥（Al sludge）资源化利用，在优化条件（Ca/S=5, Al/S=1.5）下快速（10分钟内）实现硫酸盐浓度从1627 mg/L降至<10 mg/L的显著效果。研究证实钙矾石（AFt）为主要沉淀产物，并首次通过密度泛函理论（DFT）揭示了重金属（As、Se、Cr等）通过晶格置换的热力学可行性。技术经济分析显示该方法成本（$0.40/m3）显著低于传统工艺，为铝基污泥的高值化利用和复杂废水深度净化提供了关键技术支撑。

　　

亮点

本研究创新性地将原始铝基污泥直接用作反应剂，通过钙矾石（AFt）沉淀实现硫酸盐和重金属的协同固定。批量实验表明，在优化条件下可实现10分钟内硫酸盐的快速去除，表征技术（SEM-EDS, XRD）确认AFt为主产物。理论计算首次揭示重金属通过晶格置换的热力学可行性，技术经济分析凸显其成本优势。

材料

石灰购自密西西比石灰公司，其他分析级试剂包括六水合氯化铝（AlCl₃·6H₂O）、铅硝酸盐（Pb(NO₃)₂）等均购自Fisher Scientific公司。铝基污泥取自当地水厂，其表征结果显示主要含无定形Al(OH)₃及吸附性阴离子。

铝基污泥表征

图S2a展示了硫酸盐去除工艺流程图：将铝基污泥与石灰混合后投入高浓度硫酸盐废水，在碱性条件下快速反应生成易沉降的致密固体（图S3）。本研究直接使用原始湿污泥，模拟了共位处理场景，避免了干燥处理的能耗问题。

结论

本研究成功开发出以铝基污泥为铝源的高效硫酸盐去除技术。硫酸盐浓度在10分钟内从1627 mg/L降至个位数水平，AFt为主要产物，辅以少量单硫型硫铝酸钙（AFm）和方解石。pH被证实为核心控制参数，该方法为铝基污泥的高值化利用和复杂废水治理提供了新技术路径。