CN103601896A - 一种复合提取剂及从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法 - Google Patents

一种复合提取剂及从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合提取剂及从城市污水处理厂产生的污水污泥中提取与分离腐殖质的方法。包括：在100～105℃下干燥污泥去除水份；然后，自然冷却到室温，再粉碎过筛得干污泥。在干污泥中加入复合提取剂，干污泥的质量与提取剂的体积比为1Kg：20～25L；在室温条件下，振荡提取；静置沉淀后再倾倒分离，上清液即为污水污泥腐殖质提取液。在上述污水污泥腐殖质提取液中，加入等体积的1.2～1.4mol.L-1的硝酸溶液，经混匀、沉淀后分离，上清液即为分离出的黄腐酸溶液；沉淀物中加入1.0mol.L-1的氢氧化钾溶液直至完全溶解，此为褐腐酸溶液。本发明方法简单、快捷有效、易操作、成本低、效果好。得到的腐殖质和腐殖酸主要用于园林绿化工程中配制液体复合肥料。

Description

一种复合提取剂及从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法
技术领域
本发明涉及环境工程领域中的固体废物处理与资源化利用技术，具体地涉及一种从城市污水处理厂产生的污水污泥中提取与分离腐殖质的方法。
 
背景技术
随着城市化进程的加快，城市污水产生量越来越大，污水处理设施越来越普及、处理率与处理程度也在不断提高和深化，污水处理厂产生的污水污泥数量也越来越多，由此引起二次污染问题已经不容忽视。此外，污水污泥的处置费用很高，约占污水处理系统总费用的25～30 ％。因此，城市污水污泥的处置已成为目前环境科学与工程研究领域中的重要问题。同时, 污水污泥作为二次废弃物资源, 如何经济合理地利用也是当今社会广泛关注的现实环境问题之一。
腐殖质是由一系列具有不同分子量和大量有机官能团的高分子有机质组成的非均质深色混合物，广泛存在于水体、土壤和沉积物中。研究表明，腐殖质含有羟基、羧基和羰基等多种官能团，因此，具有较强的配位、吸附解吸和氧化还原能力。根据腐殖质在水中不同pH下的溶解度，腐殖质包括能溶于酸也溶于碱的富里酸（Fulvic acids，黄腐酸），溶于碱但不溶于酸的胡敏酸（Humic acids，褐腐酸）和不溶于酸和碱的胡敏素（Humin）。
在中国专利数据库中，对污泥进行腐殖质提取、分离及制造腐殖酸有机肥的方法有一些公开的报道。
申请号为CN201210380669.9的专利“一种从污泥中回收腐殖酸并改善污泥厌氧消化的方法”，公开了一种从污泥中回收腐殖酸并改善污泥厌氧消化的方法，主要步骤包括：在污泥中加入可溶性氢氧化物进行碱破解处理，将经处理的污泥分离出至少部分腐殖酸之后，再送入厌氧消化反应器进行厌氧消化。
申请号为 CN201010205517.6的专利“一种从污泥中提取富含微量元素的腐殖酸液态肥的方法”，公开了一种从污泥中提取富含微量元素的腐殖酸液态肥的方法。主要步骤包括：(1)在污泥中加入硝酸，搅拌3小时后离心，收集提取液；(2)将步骤(1)剩余沉淀物中加入氢氧化钠，搅拌提取6小时后离心，收集提取液；(3)将步骤(2)剩余沉淀物中加入氢氧化钠，搅拌提取6小时后进行高压机械脱水，收集提取液；(4)将步骤(1)、（2）和(3)所得提取液混合，混合液经浓缩即为腐殖酸液态肥。
申请号为CN200810174378.8的专利“利用城市污泥生产高腐殖酸含量粒状有机肥的方法”，公开了一种利用城市污泥生产高腐殖酸含量粒状有机肥的方法，其特征是：将城市污泥、干燥的风化煤粉末和磷石膏按照80～100∶30～50∶10～30的重量配比混合，按原料总重量的2～4 ％接入酵素菌，充分混匀，进入发酵池，曝气，进行10～15天堆肥发酵，发酵过程中系统温度可升至50℃～70℃，后摊晒，粉碎，加入粉碎物料量的0.05～0.1 ％的有机水性粘结剂造粒即可。
现有发明专利中，已有方法提取分离腐殖质所使用的强碱，没有考虑植物对必需营养元素的需要，尽管提取分离出了腐殖质和腐殖酸成分，但加入强碱的阴阳离子组成对植物生长发育会产生毒害作用，因此，提取分离的腐殖质及腐殖酸不能较好地用于园林绿化工程领域。
 
发明内容
针对目前提取分离的腐殖质不能应用于园林绿化工程领域的不足，本发明的目的是提供一种复合提取剂，
本发明还提供一种从城市污水处理厂产生的污泥中提取与分离腐殖质的方法。
实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种复合提取剂，其特征在于，由焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液配制成复合提取剂；复合提取剂中焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液中的钾离子的浓度分别为0.3 mol.L-1、0.7 mol.L-1。具体配制方法为：
（1）配制浓度为0.25 mol.L-1焦磷酸钾溶液和1.0 mol.L-1氢氧化钾溶液；
（2）复合提取剂的配制：分别吸取上述0.25 mol.L-1的焦磷酸钾溶液300 ml和1.0 mol.L-1的氢氧化钾溶液700 ml混合均匀，配制成复合提取剂，复合提取剂中焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液中的钾离子的浓度分别为0.3 mol.L-1、0.7 mol.L-1。
本发明还提供一种从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）污水污泥的预处理：从城市污水处理厂取得的脱水污泥，在100～105 ℃下干燥8～10 h去除水份，自然冷却到室温，粉碎过0.25 mm样品筛得到干污泥，其水分含量<5 %；
（2）污泥腐殖质的提取：在干污泥中加入复合提取剂，干污泥的质量（Kg）与复合提取剂的体积（L）比例为1 ：20～25；在室温条件下，振荡提取1 h；静置沉降8～12 h；再倾倒分离，上清液即为污泥腐殖质提取液；
（3）污泥腐殖质的分离：在上述污泥腐殖质提取液中，按照1：1的体积比加入浓度为1.2～1.4 mol.L-1的硝酸溶液，充分混匀，静置沉淀；倾倒分离，上清液即为分离出的黄腐酸溶液；在沉淀物中加入1.0 mol.L-1的氢氧化钾溶液直至完全溶解，即得到褐腐酸溶液。
进一步，步骤（2）中，干污泥的质量与提取剂的体积比例Kg/ L为1 ：20、1 ：23或1 ：25；步骤（3）中，在污泥腐殖质提取液中，按照1：1的体积比加入浓度为1.2、1.3或1.4 mol.L-1的硝酸溶液。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述复合提取剂成本低、效果好。本发明所使用的复合提取剂组成成分为最常见的化工原料，价格低廉，况且充分考虑了园林绿化植物必需的氮、磷、钾植物营养三要素的种类，复合提取剂解离出的阴阳离子都是植物营养必需的有效养分形态，能够最大限度地节约成本。反复实践表明，本发明所述的复合提取剂对干污泥中的腐殖质提取率可达90 %以上。
2、得到的腐殖质和腐殖酸主要用于园林绿化工程中配制液体肥料。针对栽培的园林绿化植物需要的必需营养元素进行优化植物营养配方，可以制得专一性的液态有机复合肥，这种液态有机复合肥可应用于绿化花草植物的根外施肥或者结合灌水进行的施肥以及刚移栽或植物营养供应不足的园林树木的液体肥料输液肥料。
3、本发明提取分离污泥腐殖质、腐殖酸制造液态有机复合肥，处理城市污水处理厂产生的污泥废弃物资源符合废弃物资源化、减量化、稳定化和无害化的原则，符合我国经济社会可持发展的要求，具有良好的社会效益、生态效益和经济效益。
4、本发明一种从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法简单、快捷有效、易操作。
 
附图说明
 图1 污泥腐殖质的提取流程图；
图2 污泥腐殖质的分离流程图。
 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
一、复合提取剂配制：
　　一种用于提取和分离污水污泥腐殖质的复合提取剂，由焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液配制而成；复合提取剂中焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液的钾离子的浓度分别为0.3 mol.L-1、0.7 mol.L-1；具体配制方法为：
1、1 mol.L-1的氢氧化钾和0.25 mol.L-1焦磷酸钾的配制；
分别配制1000 ml溶液为例，以K+的浓度为计算基础；
称取KOH（质量浓度大于82.0 %）68.4146 g，用超纯水溶解定容于1000 ml的容量瓶中，即配制成1 mol.L-1的氢氧化钾溶液；
称取K4P2O7.3H2O（质量浓度大于99.0 %）97.0656 g，用超纯水溶解定容于1000 ml的容量瓶中，即配制成0.25 mol.L-1的焦磷酸钾溶液；
2、复合提取剂的配制：
分别吸取上述0.25 mol.L-1的焦磷酸钾溶液300 ml和1 mol.L-1的氢氧化钾溶液700 ml混合均匀，配制成复合提取剂。
二、参见图1、2，一种从城市污水处理厂产生的污水污泥中提取与分离腐殖质的方法：
1、污水污泥的预处理：
从城市污水处理取得的脱水污泥（湿污水污泥），均匀摊平于白瓷盘中，污泥厚度不超过5 cm，在100～105℃下干燥8 h；然后从烘箱中取出，自然冷却到室温；再用电动粉碎机粉碎过0.25 mm样品筛,得到颗粒直径<0.25 mm的干污泥。
2、污泥腐殖质的提取：
按照干污泥质量1 kg加入复合提取剂20、23或25 L的比例，在室温条件下，振荡提取1 h；然后静置沉降8～12 h；再倾倒分离，上清液即为污水污泥腐殖质提取液。
3、污泥腐殖质的分离：
在上述污水污泥腐殖质提取液中，加入等体积的1.2、1.3或1.4 mol.L-1的硝酸溶液，充分混匀，静置沉淀；倾倒分离，上清液即为分离出的黄腐酸溶液。经过检测，所述黄腐酸溶液中黄腐酸的含量可达1～5 mg. mL-1，其中含有钾离子、硝酸根离子、焦磷酸根离子等有效成分，钾离子的浓度为10～20 mg. mL-1、硝酸离子浓度为30～40 mg. mL-1和焦磷酸离子的浓度为5～10 mg. mL-1；黄腐酸和植物营养必需元素氮、磷、钾能加强植物的呼吸作用，提高植物对养分的吸收能力，加速细胞分裂，增强根系发育等，从而促进植物的生长发育，因此，可用于园林绿化工程领域。
沉淀物中加入浓度为1.0 mol.L-1的氢氧化钾溶液直至完全溶解，既得褐腐酸溶液。经过检测，分离出的褐腐酸溶液中褐腐酸的含量可达1～5 mg. mL-1，褐腐酸溶液中的主要化学成分为褐腐酸钾盐，其中的钾离子是植物需要的必需营养成分，褐腐酸是促进植物生长发育的生理活性物质，能够用于园林绿化工程领域。
其中，浓度为1.2～1.4 mol.L-1硝酸溶液的配制：配制1000 ml溶液为例，吸取浓硝酸（质量浓度为不小于68 %）81.08～94.59 ml，用超纯水稀释定容于1000 ml的容量瓶中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种复合提取剂，其特征在于，由焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液配制成复合提取剂；复合提取剂中焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液中的钾离子的浓度分别为0.3 mol.L-1、0.7 mol.L-1；具体配制方法为：
（1）配制浓度为0.25 mol.L-1焦磷酸钾溶液和1.0 mol.L-1氢氧化钾溶液；
（2）复合提取剂的配制：分别吸取上述0.25 mol.L-1的焦磷酸钾溶液300 ml和1.0 mol.L-1的氢氧化钾溶液700 ml混合均匀，配制成复合提取剂，复合提取剂中焦磷酸钾溶液和氢氧化钾溶液中的钾离子的浓度分别为0.3 mol.L-1、0.7 mol.L-1。
2.一种从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）污水污泥的预处理：从城市污水处理厂取得的脱水污泥，在100～105 ℃下干燥8～10 h去除水份，自然冷却到室温，粉碎过0.25 mm样品筛得到干污泥，其水分含量<5 %；
（2）污泥腐殖质的提取：在干污泥中加入复合提取剂，干污泥的质量与复合提取剂的体积比例Kg/ L为1 ：20～25；在室温条件下，振荡提取1 h；静置沉降8～12 h；再倾倒分离，上清液即为污泥腐殖质提取液；
（3）污泥腐殖质的分离：在上述污泥腐殖质提取液中，按照1：1的体积比加入浓度为1.2～1.4 mol.L-1的硝酸溶液，充分混匀，静置沉淀；倾倒分离，上清液即为分离出的黄腐酸溶液；
在沉淀物中加入1.0 mol.L-1的氢氧化钾溶液直至完全溶解，即得到褐腐酸溶液。
3.根据权利要求2所述从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法，其特征在于，步骤（2）中，干污泥的质量与提取剂的体积比例Kg/ L为1 ：20、1 ：23或1 ：25；步骤（3）中，在污泥腐殖质提取液中，按照1：1的体积比加入浓度为1.2、1.3或1.4 mol.L-1的硝酸溶液。
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