CN106145580A - 污泥中磷元素的提取方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污泥中磷元素的提取方法及装置，包括将待处理污泥配置成浆液；对所述浆液进行超临界反应形成热流体；对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分得到含磷颗粒。本发明通过对超临界反应形成的热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒，再结合相应药剂，有效实现了磷元素的收集，可将污泥中的磷元素资源化收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。

Description

污泥中磷元素的提取方法及装置
技术领域
本发明涉及污泥控制与资源再生的技术领域，尤其是指污泥中磷元素的提取方法及装置。
背景技术
目前，磷矿资源日渐枯竭已成为世界性的问题。虽然中国磷矿储量仅次于摩洛哥，占世界第二位。但与世界发达国家相比，我国在矿石质量、可选性和磷矿石开采等方面都有较大的差距，且可供加工利用的磷矿石的基础储量相对较低，只有40.54亿吨。其中，中、低品位矿居多，而P2O5质量分数大于30%的富矿仅为11.08亿吨。按目前开采磷矿石速度，富矿仅能维持7-10 年左右的需求，之后将被迫利用低品位的矿石。因此，如何合理开发利用中国大量的低品位磷矿，是磷化工行业迫切需要解决的重要问题。
随着化工产业的发展，中国水体系中一直存在较高的磷含量，尤其在一些工业废水中，磷元素含量往往可以超过20%（折合P2O5超过50%）。但由于技术问题，这些磷元素无法有效回收，通常通过加入药剂使之稳定为固相而进入污泥。目前污泥的处理方式主要集中于焚烧和填埋。而污泥中的磷元素经处理后最终进一步分散于地表及水体中，给收集带来更高的成本。此外，污泥中还含有一些重金属，且有机物成分比较复杂，给生化法带来了很大困难。
超临界水氧化法处理技术利用超临界水作为介质，在高温高压条件下，可将污泥中所含的有机物用氧气分解成水、二氧化碳等简单无毒的小分子化合物。无机物则转化为相应的高价态盐类。由于超临界水氧化法处理技术对污泥中所含的有机物清除率几乎达到100%，且在全封闭状态有机物被完全氧化，无二次污染，因此，此项技术日益受到人们的重视。但此项技术处理过的污泥中含有的磷元素最终混入灰渣中，对磷元素没有很好的收集利用，导致造成资源浪费。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能有效收集磷元素的问题从而提供一种可以有效收集磷元素且节省资源的污泥中磷元素的提取方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种污泥中磷元素的提取方法，包括如下步骤：步骤S1：将待处理污泥配置成浆液；步骤S2：对所述浆液进行超临界反应形成热流体；步骤S3：对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；步骤S4：向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分后得到含磷颗粒。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中加入药剂时，先加入混合酸，然后再加入抑制剂。
在本发明的一个实施例中，所述混合酸是油酸与亚麻酸的混合物。
在本发明的一个实施例中，所述油酸与所述亚麻酸的质量比为1:1至3:1。
在本发明的一个实施例中，所述油酸与所述亚麻酸的质量比为2.2:1。
在本发明的一个实施例中，所述抑制剂是月桂胺与多胺的混合物。
在本发明的一个实施例中，所述月桂胺的质量占所述混合物总质量的86%-89%。
在本发明的一个实施例中，所述污泥粒径为90μm -110μm，所述超临界反应温度为470℃-490℃。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中，混合并筛分是通过搅拌所述固体颗粒和药剂，并利用沉淀的方法得到含磷颗粒。
本发明还提供了一种污泥中磷元素的提取装置，包括制浆池、与所述制浆池通过换热器的第一通道相连的反应器，其中所述反应器通过所述换热器的第二通道与降压系统相连，所述降压系统通过分离系统与配药池相连，且所述配药池与收集罐连接。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的污泥中磷元素的提取方法及装置，所述步骤S1中，将待处理污泥配置成浆液，从而有利于配置浆液；所述步骤S2中，对所述浆液进行超临界反应形成热流体，从而有利于进一步形成固体颗粒；所述步骤S3中，对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；所述步骤S4中，向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分得到含磷颗粒，从而有效实现了磷元素的收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述污泥中磷元素提取装置的方法流程图；
图2是本发明所述污泥中磷元素提取装置的连接示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种污泥中磷元素的提取方法，利用实施例一所述的污泥中磷元素的提取装置提取磷元素，其具体包括如下步骤：步骤S1：将待处理污泥配置成浆液；步骤S2：对所述浆液进行超临界反应形成热流体；步骤S3：对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；步骤S4：向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分后得到含磷颗粒。
本实施例所述污泥中磷元素的提取方法，所述步骤S1中，将待处理污泥配置成浆液，从而有利于配置浆液；所述步骤S2中，对所述浆液进行超临界反应形成热流体，从而有利于进一步形成固体颗粒；所述步骤S3中，对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；所述步骤S4中，向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分得到含磷颗粒，从而有效实现了磷元素的收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。
所述步骤S1和所述步骤S2之间设有对所述浆液进行预热的步骤，对预热后的浆液再进行超临界反应，从而有利于加快对所述浆液的超临界反应，保证初始运行阶段的稳定性，提高回收效率。
所述步骤S3中，对所述热流体降压至常压，从而有利于对降温降压后的热流体进行分离，使其得到最佳的灰渣颗粒，从而有利于回收磷元素。另外，为了节约能源，对所述热流体降温降压后分离产生的水输送至所述步骤S1中用于和污泥混合配制成浆液，由于该步骤产生的废水有机质含量高，通过回收再利用，实现了无害化达标排放的目的。
所述步骤S4中，混合并筛分是通过搅拌所述固体颗粒和药剂，并利用沉淀的方法得到含磷颗粒。另外，加入药剂时，先加入混合酸，然后再加入抑制剂。在药剂的作用下，含磷颗粒物表面活性增大，在混合酸的作用下，不断吸附抑制剂，逐渐膨大，最终形成悬浮物，从而实现与其他固体沉淀物的分离。经过优选，所述混合酸是油酸与亚麻酸的混合物。所述油酸为捕收剂，也是一种表面活性剂，在气液吸附时，具有较强的起泡能力。所述亚麻酸具有更高的不饱和度，与油酸的前线轨道能级差别大，疏水性差别大，因此所述油酸与亚麻酸的配合能增强药剂的协同效应。所述混合酸的投入量为0.24g-0.31g，其中所述油酸与所述亚麻酸的质量比为1:1至3:1，优选地，采用所述油酸与所述亚麻酸的质量比2.2:1。另外，所述抑制剂采用月桂胺与多胺的混合物为0.37g-0.42g，其中月桂胺的质量占所述混合物总质量的86%-89%。
另外，经研究发现，污泥的进料粒径与超临界反应温度对加药处理的效果至关重要，经优选，在污泥粒径90μm -110μm、超临界反应温度为470℃-490℃时，灰渣活性最佳。在此范围内，可得到50μm -60μm的含磷颗粒物。
本实施例中，经过此工艺获得的P2O5品位可达55.31%，P2O5回收率可达89.44%。
实施例二：
如图2所示， 本实施例提供了一种污泥中磷元素的提取装置，包括制浆池11、与所述制浆池11通过换热器12的第一通道相连的反应器13，其中所述反应器13通过所述换热器12的第二通道与降压系统14相连，所述降压系统14通过分离系统15与配药池16相连，且所述配药池16与收集罐17连接。
本实施例所述的污泥中磷元素的提取装置，包括制浆池11、换热器12、反应器13、降压系统14、分离系统15、配药池16以及收集罐17。其中所述制浆池11通过所述换热器12的第一通道与所述反应器13相连，所述制浆池11中的待处理污泥经过换热升温后进入所述反应器13内，在所述反应器13内进行超临界反应形成热流体，从而有利于进一步形成固体颗粒；所述反应器13通过所述换热器12的第二通道与降压系统14相连，所述降压系统14通过所述分离系统15与所述配药池16相连，使热流体经过降温冷却再降压后进入所述分离系统15，所述分离系统15用于实现渣水分离，经过所述分离系统15后形成的固体颗粒即灰渣颗粒被输送至所述配药池16内，有利于对灰渣颗粒进行加药处理，从而获得含磷颗粒物；所述配药池16与所述收集罐17连接，将所述含磷颗粒物回收至所述收集罐17内，从而有效实现了富集磷颗粒的收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。
本实施例中，为了节约资源，所述分离系统15的排水口与所述制浆池11的进水口相连，使所述分离系统15产生的水输送至所述制浆池11，便于与所述制浆池11内的污泥进行配浆；而剩余的达标出水，即可以直接排放，也可以作为中间水进行再次回收利用。
为了保证提取装置的顺利运行，在开始运行阶段，所述制浆池11与所述换热器12之间设有加热装置，通过所述加热装置对所述制浆池11内的污泥进行预热，待系统温度平衡后，再关闭所述加热装置，将污泥输送至所述换热器12内进行换热升温。
为了获得含磷颗粒物，所述配药池16内放入药剂，对经过所述分离系统15后形成的固体颗粒进行加药处理。经过优选，先加入混合酸，然后再加入适量抑制剂，经搅拌后除去表层的悬浮物，收集颗粒物即可得到富磷产物，将所述富磷产物收集至所述收集罐17内，便于后续的有效利用。另外，经研究发现，进入所述配药池16内的灰渣颗粒对加药处理的效果至关重要，而与之相关的则是污泥的进料粒径与反应温度。经优选，在污泥粒径90μm -110μm、所述反应器13的温度为470℃-490℃时，灰渣活性最佳。在此范围内，可得到50μm -60μm的含磷颗粒物。
本实施例中，为了保证所述降压系统14的连续稳定运转，所述换热器12的第二通道降温管线的出口温度不高于50℃，且所述降压系统14的出口温度不高于30℃。
综上，本发明所述的以上技术方案具有以下优点：
1.本发明所述污泥中磷元素的提取方法，所述步骤S1中，将待处理污泥配置成浆液，从而有利于配置浆液；所述步骤S2中，对所述浆液进行超临界反应形成热流体，从而有利于进一步形成固体颗粒；所述步骤S3中，对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；所述步骤S4中，向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分得到含磷颗粒，从而有效实现了磷元素的收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。
2. 本发明所述污泥中磷元素的提取装置，包括制浆池、换热器、反应器、降压系统、分离系统、配药池以及收集罐。其中所述制浆池通过所述换热器的第一通道与所述反应器相连，所述制浆池中的待处理污泥经过换热升温后进入所述反应器内，在所述反应器内进行超临界反应形成热流体，从而有利于进一步形成固体颗粒；所述反应器通过所述换热器的第二通道与降压系统相连，所述降压系统通过所述分离系统与所述配药池相连，使热流体经过降温冷却再降压后进入所述分离系统，所述分离系统用于实现渣水分离，经过所述分离系统后形成的固体颗粒即灰渣颗粒输送至所述配药池内，有利于对灰渣颗粒进行加药处理，从而获得含磷颗粒物；所述配药池与所述收集罐连接，将所述含磷颗粒物回收至所述收集罐内，从而有效实现了富集磷颗粒的收集，节约了资源，便于后续磷元素的利用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围中。

Claims (10)

1.一种污泥中磷元素的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将待处理污泥配置成浆液；
步骤S2：对所述浆液进行超临界反应形成热流体；
步骤S3：对所述热流体降温降压后进行分离，得到固体颗粒；
步骤S4：向所述固体颗粒中加入药剂，混合并筛分后得到含磷颗粒。
2.根据权利要求1所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述步骤S4中加入药剂时，先加入混合酸，然后再加入抑制剂。
3.根据权利要求2所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述混合酸是油酸与亚麻酸的混合物。
4.根据权利要求3所述的污泥中磷元素的提取装置，其特征在于：所述油酸与所述亚麻酸的质量比为1:1至3:1。
5.根据权利要求4所述的污泥中磷元素的提取装置，其特征在于：所述油酸与所述亚麻酸的质量比为2.2:1。
6.根据权利要2所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述抑制剂是月桂胺与多胺的混合物。
7.根据权利要6所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述月桂胺的质量占所述混合物总质量的86%-89%。
8.根据权利要求1-7任一所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述污泥粒径为90μm -110μm，所述超临界反应温度为470℃-490℃。
9.根据权利要求1-7任一所述的污泥中磷元素的提取方法，其特征在于：所述步骤S4中，混合并筛分是通过搅拌所述固体颗粒和药剂，并利用沉淀的方法得到含磷颗粒。
10.一种污泥中磷元素的提取装置，其特征在于：包括制浆池、与所述制浆池通过换热器的第一通道相连的反应器，其中所述反应器通过所述换热器的第二通道与降压系统相连，所述降压系统通过分离系统与配药池相连，且所述配药池与收集罐连接。
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