CN101723345A - 一种从含磷污泥中进行磷回收的方法 - Google Patents

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卫志强
周集体
刘颖
王晓坤
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Abstract

本发明属于污泥资源化技术领域，涉及一种从含磷污泥中进行磷回收的方法。该方法采用离心对污泥混合液固液分离，采用热酸组合法实现固液分离后的污泥磷释放，采用离心使污泥磷释放后混合液固液分离，然后以海水提供镁源沉淀回收固液分离后富磷上清液中的磷，最后干燥沉淀产品。本发明的方法可实现污泥中的磷充分释放出来，利用海水为镁源，可节约药剂成本，并最终通过烘干等方法，得到磷产品，实现污泥中的磷经济高效地回收。

Description

一种从含磷污泥中进行磷回收的方法
技术领域
本发明属于污泥资源化技术领域，涉及到一种从含磷污泥中进行磷回收的方法，特别涉及到含磷污泥磷释放、含磷上清液磷回收、含磷沉淀产品干燥内容。
背景技术
磷是自然界生命活动的基本元素之一，在能量传递，储存以及氨基酸，蛋白质合成过程中起着关键作用。但是，磷在自然界中的循环一般从陆地流向海洋(单向)，难以形成循环，是一种不可更新、难以替代的资源。随着工业发展和生活水平的提高，一方面大量的磷随污水被排放到江河湖泊中造成水体富营养化；另一方面，生产和生活对磷的需求也日益增加。当前，全球每年磷产品供应量已经达到2600万吨(以P2O5计)，全球每年磷矿石的消耗约1.6亿吨。如果按照当前的消费速度和技术条件，全世界磷矿储量只能维持100年左右。因此，磷回收具有一定的经济和社会意义。目前污水处理厂广泛采用生物除磷工艺，主要利用聚磷菌对磷的高效吸收作用，在此过程中必然产生大量的富磷剩余污泥，如能将其中的磷加以回收利用，既能获得宝贵的磷资源，又可以一定程度上实现污泥减量化。
含磷污泥进行磷回收，需要解决两个技术问题：一是如何将含磷污泥中的磷更经济更高效地释放出来，二是如何将污泥磷释放后含磷上清液中的磷进行充分有效地回收。常见的污泥消解实现磷释放方法可分为物理方法和化学方法，其中物理方法有高压喷射法、珠磨法、微波辐射法、加热法等；化学方法有臭氧氧化法、氯气氧化法、酸解法、碱解法等。但是，传统的物理方法大都存在污泥磷释放困难、磷释放不充分以及能耗较大的问题；单一的化学方法如臭氧氧化法和氯气氧化法往往运行费用较高，运行过程控制相对复杂；而酸解法和碱解法为了要实现磷释放充分往往需要提高酸浓度和碱浓度，这就增加了药剂成本，也对设备提出了更高的要求。因此，一些研究者就将物理方法和化学方法结合，试图寻找一种高效经济的方法。如魏源送，程振敏，刘俊新，城市污水处理厂污泥磷回收的方法(中国专利申请，公开号：1015800334A，2009年11月18日)中所报道的酸化与微波辐射组合法。本发明使用的水浴加热和酸解组合法，它有如下优点：(1)磷释放过程更快速更高效；(2)相对加热法，缩短加热时间，提高了工作效率，节约能耗；(3)减少化学药剂的使用量，降低药剂成本。
鸟粪石(MgNH4PO4？H2O，MAP)是一种白色结晶粉末，相对分子质量为245.44；溶于稀酸，遇碱溶液分解；微溶于水，0℃时，1L水中仅能溶解0.023g，在水中的溶度积为2.5？0-13。MAP无吸湿性，在空气中很快干燥，沉淀过程中不吸收重金属和有机物，在100癈时失水变成无机盐。MAP沉淀法作为磷回收的方法之一多被报道和应用。由于沉淀过程所用的镁源价格较为昂贵，因此研究学者不断试图寻找廉价的镁源，如Lee S I，Weon S Y，Lee CW，et al.Removal of nitrogen and phosphate from wastewater by addition ofbittern.Chemosphere，2003，51：265～271中所用的卤盐和海水。对于沿海城市来说，海水是一种廉价的镁源，但在污泥磷释放后的上清液用海水进行磷沉淀尚未有报道。本发明将海水应用于污泥磷回收工艺中，可节约药剂费用，实现降低工艺成本的目的。
发明内容
本发明提供了一种从含磷污泥中进行磷回收的方法，要解决的技术问题有两个，一是如何将含磷污泥中的磷更经济更高效地释放出来，二是如何将污泥磷释放后含磷上清液中的磷进行充分有效地回收。
本发明的工艺流程包括对污泥混合液进行离心固液分离、对固液分离后的污泥采用水浴加热并投加低浓度盐酸的方法进行污泥磷释放、对污泥磷释放后的污泥上清液进行离心固液分离、对固液分离后的含磷上清液采用以海水为镁源进行磷沉淀得到磷酸铵镁沉淀物实现磷回收和对磷酸铵镁沉淀产品进行风干或低温烘干步骤。具体步骤如下：
含磷污泥离心固液分离：将污泥混合液离心，实现污泥混合液固液分离。离心条件：转速：3000～8000rpm，离心时间：5～10min。
含磷污泥磷释放：取离心后的污泥，加入1.5‰～1.5％盐酸，污泥与盐酸的质量体积比1∶10；在50～90？下水浴加热0.5～3.0h，实现污泥磷释放。
含磷污泥磷释放后的离心固液分离：将污泥磷释放后混合液离心，实现混合液固液分离。离心条件：转速：3000～8000rpm，离心时间：5～10min。
固液分离后的含磷上清液磷回收：按镁磷摩尔比为1.5～2.0，铵磷摩尔比大于1.0，投加海水和0.1mol/L的氯化铵溶液，用5mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为8.0～11.0，反应15min以上，形成含有磷酸铵镁的沉淀物。然后将含磷酸铵镁的沉淀物过滤后，实现污泥磷回收。
沉淀产品进行风干或低温烘干：将沉淀露置于空气中自然风干或将沉淀于35℃～50℃烘箱中烘干，得到干燥的磷回收产品。
本发明的效果和益处是针对污水污理厂污水处理后的含磷污泥，先利用热酸法将污泥中的磷释放出来，然后利用海水为镁源作为廉价的沉淀剂进行污泥磷回收，提高了工作效率，降低能耗，节约药剂成本，获得了较高的磷回收效率，并一定程度上实现污泥减量化。
附图说明
附图本发明的工艺流程示意图。
图中：1污泥混合液离心固液分离；2含磷污泥磷释放；
3污泥磷释放后离心固液分离；4含磷上清液磷回收；5沉淀产品干燥。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1污水处理厂含磷污泥磷回收
(1)实验材料：
污泥来源：污水处理厂(工艺为CAST)，为包含好氧曝气池和回流池的混合污泥。
(2)污泥混合液离心固液分离操作方案：
取污泥混合液于以下条件进行离心固液分离。
离心条件：转速：5000rpm，离心时间：5min
污泥经离心后，测得该污泥物理化学参数如下：含水率为90.15％，总磷(T-P)含量2.24mg/g(干重)。
(3)污泥磷释放操作方案：
取适量离心后的污泥，按污泥质量/稀盐酸体积比为1∶10的条件，加入1.0％HCl，在70℃下水浴加热1h。
(4)污泥磷释放后的固液分离操作方案：
将污污磷释放以后的混合液，于以下条件进行离心固液分离。
离心条件：转速：5000rpm，离心时间：5min
(5)固液分离后的含磷上清液磷回收操作方案：
取以上固液分离后的含磷上清液及海水进行磷沉淀回收实验。含磷上清液和海水测定指标及数值如下：
表1.1污泥磷释放后上清液指标
  名称   T-P   PO4 3--P   Mg2+   Ca2+   NH4 +-N
  浓度(mg/L)   211.82   166.20   25.1   42.0   138.92
  物质量浓度(mmol/L)   6.83   5.36   1.04   1.05   7.71
表1.2海水水质指标
  指标   pH   总磷(T-P)   Mg2+   Ca2+   NH4 +-N
  值   7.77   0.8mg/L   1200mg/L   305mg/L   0.7mg/L
NH4Cl溶液：0.1mol/L
NaOH溶液：5mol/L，用于调节混合溶液pH
沉淀条件：
按所有反应药剂混合后，溶液中nCa∶nP∶nNH4 +＝1.8∶1.0∶1.2计算得到：
每1L富磷上清液需225.0mL海水，4.8ml NH4Cl溶液。
其它条件：pH：10.5，温度：25℃，反应时间：30min。
反应30min后，上清液中的PO4 3--P和总磷(T-P)浓度分别下降到8.5mg/L和25.2mg/L。
(6)沉淀产品进行风干或低温烘干操作方案：
将沉淀于40℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。

Claims (1)

1.一种从含磷污泥中进行磷回收的方法，该方法包括对污泥混合液进行离心固液分离、对固液分离后的污泥采用水浴加热并投加低浓度盐酸的方法进行污泥磷释放、对污泥磷释放后的污泥上清液进行离心固液分离、对固液分离后的含磷上清液采用以海水为镁源进行磷沉淀得到磷酸铵镁沉淀物实现磷回收和对磷酸铵镁沉淀产品进行风干或低温烘干，其特征在于具体步骤如下：
含磷污泥离心固液分离：将污泥混合液离心，实现污泥混合液固液分离；离心条件：转速：3000～8000rpm，离心时间：5～10min；
含磷污泥磷释放：取离心后的污泥，加入1.5‰～1.5％盐酸，污泥与盐酸的质量体积比1∶10；在50～90℃下水浴加热0.5～3.0h，实现污泥磷释放；
含磷污泥磷释放后的离心固液分离：将污泥磷释放后混合液离心，实现混合液固液分离；离心条件：转速：3000～8000rpm，离心时间：5～10min；
固液分离后的含磷上清液磷回收：按镁磷摩尔比为1.5～2.0，铵磷摩尔比大于1.0，投加海水和0.1mol/L的氯化铵溶液，用5mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为8.0～11.0，反应15min以上，形成含有磷酸铵镁的沉淀物；然后将含磷酸铵镁的沉淀物过滤后，实现污泥磷回收；
沉淀产品进行风干或低温烘干：将沉淀露置于空气中自然风干或将沉淀于35℃～50℃烘箱中烘干，得到干燥的磷回收产品。
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