CN115057421A - 一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法 - Google Patents

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许云峰
房杨帆
陈广
王丽花
潘炜
邹博源
陈靖燕
钱光人
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Shanghai Chengtou Waste Water Treatment Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。本发明主要包括以下步骤：将污泥灰渣与含钙废弃物鸡蛋壳以一定的比例混合，通过磁力搅拌的方式使其混合均匀，并进行烘干；研磨过筛后，将混合样品放置在马弗炉中进行共焚烧处理，即可获得具有高生物利用性磷化合物和低重金属含量的含磷产物。本发明方法可实现污泥焚烧灰中磷资源的高效回收以及废弃物鸡蛋壳的资源化利用，同时所得含磷产物重金属含量符合规定限值，具有良好的工业化应用前景。

Description

一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及污泥焚烧灰渣无害化处理及磷资源的回收。
背景技术
磷是一种对于动植物生长不可缺少的矿物质营养元素，在农业和工业生产中起着至关重要的作用。磷在自然界中的来源主要是磷矿石的开采，据估计，世界范围内至少在200年内将不会形成新的天然磷矿床。随着世界人口的增加人类生活对磷的需求将越来越大，为了缓解磷资源短缺问题，探究从各种富含磷的废物流中回收磷的经济且有效的方法显得尤为重要。污泥作为城市污水处理的主要副产物，含有较多有价值的无机成分，被认为是最具有前景的磷源。
污泥焚烧处理能将有机物完全碳化，具有较好的减容和减重效果，余热可用于发电或供热，因此焚烧处理被认为是目前污泥处理处置最彻底、快捷的方法。焚烧产生的污泥灰渣是一种富含P2O5、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO和大量重金属的粉状材料，其具有较高的P2O5含量，通常在10-25.7％的范围内，因此建立污泥灰中磷回收的方法具有重要意义。现有技术中，产生的污泥焚烧灰大多被进行填埋处理，从而产生了资源浪费。
污泥灰中磷回收的主要方法是是湿化学法和热化学法，湿化学提取法能有效地将污泥灰中的磷释放到液相中，但在该过程中部分重金属会共同浸出，因此后续需采用分离方法将两者分离开。热化学法通过在高温下发生的一系列热化学反应将污泥灰中的重金属和磷分离，最终得到重金属含量较低、磷生物可利用性高的含磷产物，该法磷的回收率通常可达92-98％，因此得到广泛应用。但目前的热化学法的资源化效果还有待提高，成本也需要进一步降低，处理工艺有待进一步优化，成为需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，采用本发明提供的方法，可对污泥灰渣中磷的形态进行定向调控，从而获得磷生物可利用性高及重金属含量低的含磷产物，实现污泥灰渣中磷的资源化。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，包括以下步骤：
A)将污泥灰渣放入烧杯中，然后加入设定比例的含钙废弃物作为钙基添加剂，得到混合材料，然后用塑料薄膜将装有混合材料的烧杯覆盖，并进行磁力搅拌使两种物质混合均匀，搅拌至少1h后，将混合均匀的混合物，放入烘箱中烘干；
B)将烘干后的混合物进行研磨过筛，然后将所得混合物转移到坩埚中，将坩埚放置在马弗炉中，进行共焚烧处理，通过设置马弗炉的参数，来控制混合样品焚烧条件，焚烧过程中加入少量去离子水；
C)在焚烧处理结束后，取出坩埚，将焚烧产物研磨，并过筛后，放入真空干燥器中保存。本发明由于添加含钙废弃物，所得焚烧产物中具有高生物利用性形态的磷含量增加，重金属含量减少。
优选地，在所述步骤A)中，所述含钙废弃物采用鸡蛋壳。
优选地，在所述步骤A)中，所述污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～2：1的比例进行混合。进一步优选地，所述污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～4：1的比例进行混合。
优选地，在所述步骤A)中，将混合均匀的混合物放入烘箱中，在不高于105℃条件下烘干不超过12h。
优选地，在所述步骤B)中，在共焚烧处理过程中，设置焚烧温度不低于800℃，反应时间至少为2h。
优选地，在所述步骤B)中，将烘干后的混合物进行研磨，过100目筛。
优选地，在所述步骤C)中，在焚烧产物中，非磷灰石无机磷(NAIP)含量不低于0.30mg/g，磷灰石无机磷(AP)含量不低于53.66mg/g。
优选地，在所述步骤C)中，NAIP向AP的转化率不低于95.24％。
优选地，在所述步骤C)中，将焚烧产物研磨，并过100目筛后，放入真空干燥器中保存。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明选择含钙废弃物鸡蛋壳作为外源钙基添加剂与污泥灰渣共焚烧，旨在获得具有高生物利用性形态磷和低重金属含量的含磷产物；通过控制污泥灰渣与鸡蛋壳的添加比例，实现生物可利用性低的磷形态向生物可利用性高的磷形态的最大转化，为最大程度回收污泥灰中的磷奠定基础；
2.本发明方法能实现污泥灰渣中磷元素的富集和纯化，焚烧过程可稀释污泥灰渣中大量的重金属离子；
3.本发明得到的污泥灰中富含的大量磷元素，可为缓解磷资源短缺问题做出巨大贡献，同样，鸡蛋壳作为废弃物也得到了很好的应用。
附图说明
图1是本发明优选实施例中污泥灰渣与鸡蛋壳共焚烧后得到的焚烧产物中磷的形态分析图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，包括以下步骤：
A)将污泥灰渣放入烧杯中，并加入鸡蛋壳作为钙基添加剂，污泥灰渣与鸡蛋壳分别以质量比为2：1、4：1、6：1、8：1和10：1的比例进行混合，然后用塑料薄膜将装有混合材料的烧杯覆盖，并进行磁力搅拌使两种物质混合均匀，搅拌1h后，将混合均匀的混合物放入烘箱中，在105℃条件下烘干12h；
B)将烘干后的混合物进行研磨，过100目筛，然后将所得混合物转移到坩埚中，将坩埚放置在马弗炉中，进行共焚烧处理，在800℃下焚烧2h，焚烧过程中加入少量去离子水；
C)在焚烧处理结束后，待马弗炉内温度降为室温后，打开马弗炉，取出坩埚，将焚烧产物研磨，并过100目筛后，放入真空干燥器中保存。
本实施例所得焚烧产物中磷形态的变化如图1所示，反应结束后，焚烧产物中的非磷灰石无机磷(NAIP)含量仅为0.30～1.51mg/g，磷灰石无机磷(AP)含量为53.66～60.99mg/g，NAIP向AP的转化率高达95.24～99.06％，说明通过本发明实施例的方法能够实现生物可利用性高的磷化合物的生成，进而实现污泥灰渣中磷生物利用性提高的目的。
在本实施例中，污泥灰渣与鸡蛋壳以质量比为8：1的比例混合均匀，在800℃下共焚烧2h后，所得含磷产物中重金属含量均满足《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-2018)中A级污泥产物规定限值。所得污泥灰渣共焚烧产物中重金属含量及污染物限值如表1所示。
表1污泥灰与鸡蛋壳共焚烧产物中重金属与标准限值的比较(mg/kg)
Figure BDA0003506938030000031
从图1可知，当污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～4：1的比例进行混合时，焚烧产物中的非磷灰石无机磷(NAIP)含量、磷灰石无机磷(AP)含量、NAIP向AP的转化率水平更加理想，尤其是污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～6：1的比例进行混合时，资源化效果更加突出。
上述实施例污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，应用于固体废弃物资源化利用技术领域。上述实施例方法将污泥灰渣与含钙废弃物鸡蛋壳以一定的比例混合，通过磁力搅拌的方式使其混合均匀，并进行烘干；研磨过筛后，将混合样品放置在马弗炉中进行共焚烧处理，即可获得具有高生物利用性磷化合物和低重金属含量的含磷产物。上述实施例方法可实现污泥焚烧灰中磷资源的高效回收以及废弃物鸡蛋壳的资源化利用，同时所得含磷产物重金属含量符合规定限值，具有良好的工业化应用前景。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将污泥灰渣放入烧杯中，然后加入设定比例的含钙废弃物作为钙基添加剂，得到混合材料，然后用塑料薄膜将装有混合材料的烧杯覆盖，并进行磁力搅拌使两种物质混合均匀，搅拌至少1h后，将混合均匀的混合物，放入烘箱中烘干；
B)将烘干后的混合物进行研磨过筛，然后将所得混合物转移到坩埚中，将坩埚放置在马弗炉中，进行共焚烧处理，通过设置马弗炉的参数，来控制混合样品焚烧条件，焚烧过程中加入少量去离子水；
C)在焚烧处理结束后，取出坩埚，将焚烧产物研磨，并过筛后，放入真空干燥器中保存。
2.根据权利要求1所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤A)中，所述含钙废弃物采用鸡蛋壳。
3.根据权利要求1所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤A)中，所述污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～2：1的比例进行混合。
4.根据权利要求3所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤A)中，所述污泥灰渣与含钙废弃物以质量比为10：1～4：1的比例进行混合。
5.根据权利要求3所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤A)中，将混合均匀的混合物放入烘箱中，在不高于105℃条件下烘干不超过12h。
6.根据权利要求1所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤B)中，在共焚烧处理过程中，设置焚烧温度不低于800℃，反应时间至少为2h。
7.根据权利要求1所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤C)中，在焚烧产物中，非磷灰石无机磷(NAIP)含量不低于0.30mg/g，磷灰石无机磷(AP)含量不低于53.66mg/g。
8.根据权利要求1所述污泥灰渣无害化处理及磷资源回收的方法，其特征在于，在所述步骤C)中，NAIP向AP的转化率不低于95.24％。
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