CN110436723A - 污泥中磷的资源化利用方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种污泥中磷的资源化利用方法与系统，通过用稀酸溶液将污泥中的磷溶出，一次沉淀的磷经过提纯得到磷的提纯产品，二次沉淀的磷作为磷的副产品，高效回收污泥中的磷，对磷的提取率高，且含磷产品的资源化利用程度高。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种污泥中磷的资源化利用方法与系统。
背景技术
磷资源是世界上难以再生的、不可替代的非金属矿资源，同时也是生命体不可或缺的一种元素。目前世界上的磷资源已经处于匮乏的情况，根据全球不同权威机构测算，全世界的磷资源只能使用60~130年。然而，磷资源不仅在工业上具有及其重要的应用价值，同时在农业、医药、生物中也扮演着相当重要的角色。
污水处理厂的污泥中含有大量的磷，一部分是污泥中的微生物细胞内的磷，一部分是污水处理过程中除磷药剂所携带下来的磷，污泥中磷的含量约占污泥干物质总量的3%~5%。根据《全球及中国污泥处理处置行业发展研究报告(2018)》显示，2017年-2018年，全球主要经济体污泥产量：美国约3800万吨，欧盟4400万吨，中国5500万吨，三大经济体累计污泥产量1.37亿吨。因此，回收污泥中的磷是有益于全球可持续发展。
目前较为常用的污泥磷回收技术是对污泥进行厌氧发酵释磷，再将磷反应生成鸟粪石化肥。一方面，厌氧释磷的效率有限，大部分的磷仍保留在污泥中，造成资源还是大量浪费，另一方面，植物对鸟粪石的营养吸收效果差，因此鸟粪石 不是最优的磷肥方式。
发明内容
本发明提供一种污泥中磷的资源化利用方法与系统，高效回收污泥中的磷，并将其转化为总磷含量高的磷的提纯产品和总磷含量低但还有其他营养元素的磷的副产品，形成资源化利用率高的磷产品。
本发明采用的技术方案是：
污泥中磷的资源化利用方法，该方法具有如下步骤：
步骤一：污泥中磷的溶出过程：调节污泥溶液含固率为5%~10%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀酸溶液，调节污泥溶液的pH，对污泥溶液进行脱水处理，脱出的水进行下一步处理，脱水后的污泥中和处置；
步骤二：磷的提纯产品回收过程：步骤一脱出的水中含有大量磷酸根，向溶液中加入双氧水或三价铁盐，反应后再继续加入NaOH溶液，调节pH，反应后将得到的沉淀淘洗，上清液待用，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节pH，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙；
步骤三：磷的副产品回收过程：步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH，反应后将沉淀过滤烘干，得到磷的副产品。
优选的， 所述步骤一中，向污泥溶液中加入稀酸溶液后，调节污泥溶液的pH为0~1。
优选的， 所述步骤一中，污泥溶液与稀酸溶液的反应时间为0.5h~4h。
优选的， 所述步骤二中，向溶液中加入双氧水或三价铁盐的反应时间为10min~30min。
优选的，所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后，调节pH为1.8~2.2。
优选的， 所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后的反应时间为15min~60min。
优选的， 所述步骤二中，沉淀中加入NaOH溶液后，调节pH为13~14。
优选的， 所述步骤三中，步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH为5~6。
优选的，所述步骤三中，步骤二的上清液与Ca(OH)2浑浊液的反应时间为15min~60min。
污泥中磷的资源化利用系统，包括：调节池；反应罐，与所述调节池相连接，配有稀酸溶液加药罐；脱水装置，与所述反应罐相连接；中和罐，与所述脱水装置的固体出口相连接，配有碱液加药罐；过氧化氢反应池，与所述脱水装置的液体出口相连接，配有过氧化氢加药罐；三价铁盐反应池，其底端与所述过氧化氢反应池的底端相连接，配有三价铁盐加药罐；一号沉淀池，其顶端与所述三价铁盐反应池的顶端相连接，配有溢流堰；碱液反应池，与所述一号沉淀池的固体出口相连接，配有NaOH加药罐，配有溢流堰；二号沉淀池，与所述碱液反应池相连接，配有溢流堰；氯化钙反应池，与所述二号沉淀池液体出口相连接，配有氯化钙加药罐；三号沉淀池，与所述氯化钙反应池相连接，配有溢流堰；氢氧化钙反应池，与所述一号沉淀池的液体出口相连接，配有氢氧化钙加药罐；四号沉淀池，与所述氢氧化钙反应池相连接，配有溢流堰。
本发明的有益效果为：
1、污泥中磷的提取率高。用稀酸溶液化学处理污泥，一方面破坏微生物细胞的渗透性，使得细胞内的磷大量溶出，另一方面打开除磷药剂絮体的架桥作用，使污泥中的化学磷转化为磷酸根离子，大大提高了污泥中磷的提取效率，对污泥中磷的提取率达到95%。
2、磷的提纯产品中的含磷量高。污泥酸化处理后的酸化液中，离子成分复杂，调节磷的沉淀工序，对磷的一次沉淀中，以磷酸铁为主，总五氧化二磷含量约20%，将淘洗后的一次沉淀加碱复溶，得到较纯的磷酸钠溶液和氢氧化铁沉淀，再向磷酸钠溶液中加入氯化钙溶液，最终得到较纯的磷酸钙，磷酸钙中总五氧化二磷含量约52%。
3、磷资源的全回收。对污泥进行酸化处理，除溶出大量磷外，还溶出大量细胞中的氨，一次沉磷后的溶液中仍含有一些尚未沉淀的磷和大量的氨，对一次沉淀后的上清液再次加碱，得到含磷副产品，二次沉磷后的水溶液中磷含量＜0.5mg/L，达到排放标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明污泥中磷的资源化利用系统示意图。
图1中：1-调节池；21-反应罐；22-稀酸溶液加药罐；3-脱水装置；41-中和罐；42-碱液加药罐；51-过氧化氢反应池；52-三价铁盐反应池；53-一号沉淀池；54-过氧化氢加药罐；55-三价铁盐加药罐；61-碱液反应池；62-二号沉淀池；63-NaOH加药罐；71-氯化钙反应池；72-三号沉淀池；73-氯化钙加药罐；81-氢氧化钙反应池；82-四号沉淀池；83-氢氧化钙加药罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
污泥中磷的资源化利用方法，该方法具有如下步骤：
步骤一：污泥中磷的溶出过程：调节污泥溶液含固率为5%~10%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀酸溶液，调节污泥溶液的pH，对污泥溶液进行脱水处理，脱出的水进行下一步处理，脱水后的污泥中和处置；
步骤二：磷的提纯产品回收过程：步骤一脱出的水中含有大量磷酸根，向溶液中加入双氧水或三价铁盐，反应后再继续加入NaOH溶液，调节pH，反应后将得到的沉淀淘洗，上清液待用，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节pH，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙；
步骤三：磷的副产品回收过程：步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH，反应后将沉淀过滤烘干，得到磷的副产品。
优选的， 所述步骤一中，向污泥溶液中加入稀酸溶液后，调节污泥溶液的pH为0~1。
优选的， 所述步骤一中，污泥溶液与稀酸溶液的反应时间为0.5h~4h。
优选的， 所述步骤二中，向溶液中加入双氧水或三价铁盐的反应时间为10min~30min。
优选的，所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后，调节pH为1.8~2.2。
优选的， 所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后的反应时间为15min~60min。
优选的， 所述步骤二中，沉淀中加入NaOH溶液后，调节pH为13~14。
优选的， 所述步骤三中，步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH为5~6。
优选的，所述步骤三中，步骤二的上清液与Ca(OH)2浑浊液的反应时间为15min~60min。
污泥中磷的资源化利用系统，包括：调节池1；反应罐21，与所述调节池1相连接，配有稀酸溶液加药罐22；脱水装置3，与所述反应罐21相连接；中和罐41，与所述脱水装置3的固体出口相连接，配有碱液加药罐42；过氧化氢反应池51，与所述脱水装置3的液体出口相连接，配有过氧化氢加药罐54；三价铁盐反应池52，其底端与所述过氧化氢反应池51的底端相连接，配有三价铁盐加药罐55；一号沉淀池53，其顶端与所述三价铁盐反应池52的顶端相连接，配有溢流堰；碱液反应池61，与所述一号沉淀池53的固体出口相连接，配有NaOH加药罐63，配有溢流堰；二号沉淀池62，与所述碱液反应池61相连接，配有溢流堰；氯化钙反应池71，与所述二号沉淀池62液体出口相连接，配有氯化钙加药罐73；三号沉淀池72，与所述氯化钙反应池71相连接，配有溢流堰；氢氧化钙反应池81，与所述一号沉淀池53的液体出口相连接，配有氢氧化钙加药罐83；四号沉淀池82，与所述氢氧化钙反应池81相连接，配有溢流堰。
实施例1
调节污泥溶液含固率为5%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀盐酸，调节污泥溶液中[H+]=1mol/L，反应4h，对污泥溶液进行脱水处理，脱水后的污泥中和处置；脱出的水中含有磷酸根浓度为5400mg/L，向溶液中加入过量双氧水，反应30min，再继续加入NaOH溶液，调节pH=2.2，反应30min，反应后将得到的沉淀淘洗，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节pH=13，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙，其中五氧化二磷含量46%；一次沉磷后的上清液中加如Ca(OH)2浑浊液，调节pH=5，反应15min，得到含磷副产品，二次沉淀后上清液中磷酸根浓度＜0.5mg/L。
实施例2
调节污泥溶液含固率为10%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀盐酸，调节污泥溶液中pH=1，反应0.5h，对污泥溶液进行脱水处理，脱水后的污泥中和处置；脱出的水中含有磷酸根浓度为2100mg/L，向溶液中加入过量三氯化铁，反应10min，再继续加入NaOH溶液，调节pH=1.8，反应15min，反应后将得到的沉淀淘洗，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节[OH]=1 mol/L，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙，其中五氧化二磷含量44%；一次沉磷后的上清液中加如Ca(OH)2浑浊液，调节pH=6，反应60min，得到含磷副产品，二次沉淀后上清液中磷酸根浓度＜0.5mg/L。
实施例3
调节污泥溶液含固率为8%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀硫酸，调节污泥溶液中pH=0.5，反应2h，对污泥溶液进行脱水处理，脱水后的污泥中和处置；脱出的水中含有磷酸根浓度为3300mg/L，向溶液中加入过量硫酸铁，反应20min，再继续加入NaOH溶液，调节pH=2.0，反应30min，反应后将得到的沉淀淘洗，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节pH=13.5，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙，其中五氧化二磷含量45%；一次沉磷后的上清液中加如Ca(OH)2浑浊液，调节pH=5.5，反应30min，得到含磷副产品，二次沉淀后上清液中磷酸根浓度＜0.5mg/L。
Claims (10)
1.污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，该方法具有如下步骤：
步骤一：污泥中磷的溶出过程：调节污泥溶液含固率为5%~10%，使污泥溶液具有一定的流动性，向污泥溶液中加入稀酸溶液，调节污泥溶液的pH，对污泥溶液进行脱水处理，脱出的水进行下一步处理，脱水后的污泥中和处置；
步骤二：磷的提纯产品回收过程：步骤一脱出的水中含有大量磷酸根，向溶液中加入双氧水或三价铁盐，反应后再继续加入NaOH溶液，调节pH，反应后将得到的沉淀淘洗，上清液待用，淘洗后的沉淀物中继续加入NaOH溶液，调节pH，得到氢氧化铁沉淀和含磷酸根上清液，向上清液中加入CaCl2溶液，得到的沉淀经淘洗、过滤、烘干，得到磷酸钙；
步骤三：磷的副产品回收过程：步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH，反应后将沉淀过滤烘干，得到磷的副产品。
2.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤一中，向污泥溶液中加入稀酸溶液后，调节污泥溶液的pH为0~1。
3.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤一中，污泥溶液与稀酸溶液的反应时间为0.5h~4h。
4.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤二中，向溶液中加入双氧水或三价铁盐的反应时间为10min~30min。
5.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后，调节pH为1.8~2.2。
6.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤二中，溶液中加入NaOH溶液后的反应时间为15min~60min。
7.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤二中，沉淀中加入NaOH溶液后，调节pH为13~14。
8.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤三中，步骤二的上清液，继续加入Ca(OH)2浑浊液，调节pH为5~6。
9.如权利要求1所述的污泥中磷的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤三中，步骤二的上清液与Ca(OH)2浑浊液的反应时间为15min~60min。
10.污泥中磷的资源化利用系统，其特征在于，包括：调节池（1）；反应罐（21），与所述调节池（1）相连接，配有稀酸溶液加药罐（22）；脱水装置（3），与所述反应罐（21）相连接；中和罐（41），与所述脱水装置（3）的固体出口相连接，配有碱液加药罐（42）；过氧化氢反应池（51），与所述脱水装置（3）的液体出口相连接，配有过氧化氢加药罐（54）；三价铁盐反应池（52），其底端与所述过氧化氢反应池（51）的底端相连接，配有三价铁盐加药罐（55）；一号沉淀池（53），其顶端与所述三价铁盐反应池（52）的顶端相连接，配有溢流堰；碱液反应池（61），与所述一号沉淀池（53）的固体出口相连接，配有NaOH加药罐（63），配有溢流堰；二号沉淀池（62），与所述碱液反应池（61）相连接，配有溢流堰；氯化钙反应池（71），与所述二号沉淀池（62）液体出口相连接，配有氯化钙加药罐（73）；三号沉淀池（72），与所述氯化钙反应池（71）相连接，配有溢流堰；氢氧化钙反应池（81），与所述一号沉淀池（53）的液体出口相连接，配有氢氧化钙加药罐（83）；四号沉淀池（82），与所述氢氧化钙反应池（81）相连接，配有溢流堰。
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