CN116874162A - 一种污泥磷回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥磷回收方法，包括以下步骤：污泥初步处理步骤，所述污泥初步处理步骤去除污泥中的大颗粒物，并进行干化处理；配方添加步骤，所述配方添加步骤中，向经所述干化处理后的所述污泥中添加10％‑30％的钙基调理剂，并使其与污泥充分混合；热解炭化处理步骤，在所述热解炭化处理步骤，将经所述配方添加步骤处理的所述污泥进行炭化处理。使用钙基盐作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及市政污泥处理领域，具体而言，涉及一种污泥磷回收的方法。
背景技术
磷既是有机生命的基本组成部分，也是粮食生产肥料的重要组成部分。目前市场上几乎所有含磷肥料都是由磷矿生产的。虽然有许多不同类型的天然磷矿，但它们的储存是有限的，磷矿是一种不可再生资源。
城市污泥是污水处理厂产生的一种重要的固体废物。按干重计，富含2％—3％磷的污泥被认为是一种有前途的磷资源，并获得了广泛的研究和关注。值得注意的是，污泥不仅含水率高、体积大，而且含有重金属、不可生物降解的有机化合物、病原体、病毒、寄生虫卵等多种有害物质，不能直接用作磷肥。
现有热法处理回收磷，多为焚烧后在飞灰中回收磷，其劣势可分为以下几点：污泥焚烧过程中产生的烟气中含有二氧化硫、二噁英和粉尘等大气污染物，污泥中的重金属等一些难分解的有毒有害物质富集，会带来空气污染的风险；污泥焚烧需要大量辅助燃料，能耗大，后续飞灰和灰渣的处置设备需要投入大量资金，设备的维护成本上升，技术要求高，导致污泥焚烧技术难以进一步推广；在污泥焚烧过程中，虽然通过调整焚烧炉的运行工况可以将更多的磷固定在污泥灰中以提高磷在污泥灰中的利用价值，但是其在污泥灰中的回收过程中有大量被固定在污泥灰中的磷会被浪费。
鉴于以上技术问题，特推出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热解回收市政污泥中磷的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种污泥磷回收方法，包括以下步骤：污泥初步处理步骤，污泥初步处理步骤去除污泥中的大颗粒物，并进行脱水处理；配方添加步骤，配方添加步骤中，向经污泥初步处理步骤后的污泥中添加10％-30％的钙基调理剂，使其与污泥充分混合，并进行干化处理；热解炭化处理步骤，在热解炭化处理步骤，将经配方添加步骤处理的污泥进行炭化处理。使用钙基盐作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展，同时解决了废弃物的问题。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：
进一步的，在配方添加步骤中，钙基调理剂为碳酸钙、钙镁盐、氧化钙或氯化钙中的任一种。
进一步的，在热解炭化处理步骤中，热解炭化温度在300℃～900℃。
进一步的，热解炭化温度在650℃～850℃。
进一步的，热解炭化时间为0.5小时～1小时。
进一步的，在热解炭化处理步骤中，污泥中的有机磷转换成无机磷。
进一步的，在热解炭化处理步骤中，污泥磷回收的产物为生物炭。
进一步的，在热解炭化处理步骤中，无机磷与钙剂调理剂反应转换成磷灰石无机磷。使用碳酸钙作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展，同时解决了废弃物的问题。
进一步的，生物炭含有磷元素，磷元素的固化率为80％～95％。
进一步的，生物炭含有氮元素，氮元素的固化率为55％～65％。
进一步的，生物炭含有钾元素，钾元素的固化率为80％～90％。
进一步的，在污泥初步处理步骤中，包括：浓缩步骤，浓缩步骤将污泥浓缩后送至污泥调理池；脱水步骤，脱水步骤接收经浓缩步骤处理后的污泥；干化步骤，干化步骤处理经脱水步骤处理的污泥。
进一步的，在浓缩步骤，将含水率98％～99％污泥经机械浓缩后含水率达到95％～96％。
进一步的，在脱水步骤，将含水率降至60％～65％。
进一步的，在所述干化步骤中，将所述污泥干化处理时间0.5小时～1小时，直至所述污泥含水率为18％～22％。
应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：
1、使用钙基盐作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展，同时解决了废弃物的问题；
2、本生物碳有机肥产品大幅缩减污泥体积，杀灭有害物质，将磷、钾和重金属固定在热解炭中。热解炭中磷钙矿的含量较多，利于后续回收，且热解炭中重金属结合更紧密、溶解度更低，通过本配方制得的生物炭磷肥其重金属生物毒性有效性成分小于50％；
3、热解能量利用率更高，产生的二次污染更低。烟气产生量少，二噁英排放量低，更加“无害化”；热解炭化的生物炭经过高温处理，热解气循环利用，实现了污泥的稳定化和资源化。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了市政污泥磷回收方法流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
s1、污泥初步处理步骤；s2、配方添加步骤；s3、热解炭化处理步骤；s4、尾气处理步骤。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征、步骤，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤；“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
污泥不仅含水率高、体积大，而且含有重金属、不可生物降解的有机化合物、病原体、病毒、寄生虫卵等多种有害物质，不能直接用作磷肥。与其他污泥处理技术相比，热解法在解决上述限制方面具有更大的优势。通常在300-1000℃的限氧气氛中进行，可以大大减少废物体积，分解有机污染物，破坏病原体。
本发明提供了一种市政污泥磷回收方法，包括以下步骤：污泥初步处理步骤s1，污泥初步处理步骤s1去除污泥中的大颗粒物和杂质，并进行脱水处理，本步骤中，对污泥进行深度脱水至60％-65％；配方添加步骤s2，在配方添加步骤s2中，向经污泥初步处理步骤后的污泥中添加10％-30％的钙基调理剂，使其与污泥充分混合，并进行干化处理；热解炭化处理步骤s3，在热解炭化处理步骤s3，将经配方添加步骤s2处理的污泥进行炭化处理。通过热解法与碳酸钙的调理提高污泥生物碳中有效磷的比例，从而提高其使用价值。通过将碳酸钙与市政污泥共同热解炭化形成富含有效磷的生物碳有机肥，供植物使用。同时做到了污泥的减量化、资源化，无害化，稳定化处理处置。使用钙基调理剂作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展，同时解决了废弃物的问题。
在污泥初步处理步骤s1中，包括：浓缩步骤，浓缩步骤将污泥浓缩后送至污泥调理池；脱水步骤，脱水步骤接收经浓缩步骤处理后的污泥；干化步骤，干化步骤处理经脱水步骤处理的污泥。
在浓缩步骤，将含水率98％～99％污泥送入污泥储池，经浓缩机后出泥含水率达到95％～96％。将机械浓缩后的污泥泵送至污泥调理池，按序批次进入板框压滤机系统脱水。在脱水步骤，将含水率降至60％～65％，进入半干污泥高位给料仓。泥饼经料仓暂存后送入干燥机。
在进入干燥机之前，加入碳酸钙、钙镁盐、氧化钙或氯化钙中的任一种，与含水率在60％～65％的污泥进行充分混合。混合比例为，钙基盐：污泥＝1：9。在干燥机内旋转的破碎装置作用下，污泥与高温烟气直接接触，水分快速蒸发，含水率降至30％以下。在干化步骤中，将污泥干化处理时间0.5小时～1小时，直至污泥含水率为18％～22％，优选为污泥含水率降至20％以下。
干化后污泥输送进入炭化炉，被热烟气间接加热发生热解炭化反应，热解过程中可以使有机磷转换成为无机磷。污泥磷回收的产物为生物炭，经炭化处理后，出泥含水率在1％以下，生物炭存储在炭仓中。而由于磷酸根离子与钙离子的亲和性优于铁离子与铝离子，故无机磷中的非磷灰石磷可以在钙离子的参与下转换为磷灰石无机磷，磷灰石无机磷是植物可以使用的有效成分。
热解炭化处理步骤s3中，将混合后的污泥放入炭化炉中进行热解炭化处理，热解炭化温度在300℃～900℃，优选的，热解炭化温度在650℃～850℃，热解炭化时间为0.5小时～1小时，炭化热解后将产出磷肥输送至料仓，待冷却后可以用于植物使用，整体的处理流程如图1所示。
热解过程中可以使污泥中的有机磷转换成为无机磷；而由于磷酸根离子与钙离子的亲和性优于铁离子与铝离子，故无机磷中的非磷灰石磷可以在剂调理剂的钙离子的参与下转换为磷灰石无机磷，磷灰石无机磷是植物可以使用的有效成分。此外热解炭化技术对热解炭中重金属的固化比例超过50％，也是采用热解制备生物质碳有机肥的一大优势。热解技术可保证在实际使用时，其重金属被固化在生物碳中不会释放到土壤中进行二次污染。
污泥磷回收的产物为生物炭。将炭化后的生物炭用于作为有机肥，经测试，生物炭对比原泥减量化在85％以上，热解炭化后，生物炭含有磷元素、氮元素、钾元素，磷元素的固化率为80％～95％；氮元素的固化率为55％～65％；钾元素的固化率为80％～90％。炭渣经过浸出液检测，重金属指标大幅降低，已远远低于污泥农用数值，同时炭化后除总汞外，重金属固化比例均超过50％。
在配方添加步骤s2中，钙基调理剂为碳酸钙、钙镁盐、氧化钙或氯化钙中的任一种。若钙基调理剂添加量在10％，即10吨含水率80％污泥添加一吨钙镁盐。
优选的，钙基调理剂最好为氧化钙，其中氧化钙也称为生石灰，将有效成分90％以上的氧化钙加进60％-65％含水率的板框脱水机污泥中，并一起搅拌。以污泥重量计算，1吨60％含水率污泥添加0.5吨生石灰。搅拌速率在5r/min，搅拌均匀约15min后一起进入干燥机。在500-600℃温度下，干燥30分钟左右，将物料含水率降至20％以下，并通过输送螺旋进入炭化炉。在炭化炉中与物料一起650℃-850℃下共热解30分钟-60分钟，直至含水率降至1％以下，输送至炭仓，其间为防止着火，向炭化炉产出物料进行喷水，故最终进入炭仓的物料即磷肥含水率在10-15％左右，待冷却后外售用于土地。
对比使用不同浓度的氧化钙或氯化钙分别在650℃、850℃炭化解热温度后，污泥中总磷含量的相关实验数据(请参阅表1)。使用不同钙基调理剂，如浓度分别为10％生石灰、浓度20％生石灰、浓度30％生石灰、浓度10％氯化钙、浓度20％氯化钙、浓度30％氯化钙的钙基调理剂，原污泥总磷含量66.8mg/g的污泥在650℃的炭化热解温度下，总磷回收量分别为66.3mg/g、63.0mg/g、61.4mg/g、65.3mg/g、62.8mg/g、61.3mg/g，可以看出浓度10％生石灰炭化热解处理后的总磷含量最高，为66.3mg/g，其次是浓度10％氯化钙，炭化热解处理后的总磷含量为65.3mg/g。
若炭化热解温度为850℃，使用浓度分别为10％生石灰、浓度20％生石灰、浓度30％生石灰、浓度10％氯化钙、浓度20％氯化钙、浓度30％氯化钙的钙基调理剂，原污泥总磷含量55.5mg/g的污泥，炭化热解后，总磷回收量分别为56.5mg/g、55.8mg/g、50.3mg/g、55.7mg/g、53.9mg/g、51.3mg/g，可以看出，同样是浓度10％生石灰炭化热解处理后的总磷含量最高，为56.5mg/g，其次是浓度10％氯化钙，炭化热解处理后的总磷含量为53.9mg/g。
污泥中总磷包括无极磷和有机磷，而热解可以使得无机磷含量上升，有机磷含量下降。实验数据表明，氧化钙和氯化钙添加剂相同情况下，炭化热解处理后的总磷含量结果大致相同，产生的效果偏差不大，且增大浓度时，磷回收效果反而不好。
表1使用不同钙基调理剂炭化热解处理后的总磷含量
本发明的市政污泥磷回收方法还包括尾气处理步骤S4，干化后产生热烟气循环使用进入炭化炉、热风炉热解可燃气混合燃烧，可燃气包括裂解气、天然气。再通过旋风除尘、湿法脱硫脱硝除臭、活性炭吸附、湿式静电除臭尘，最终达到国家要求的尾气达标排放。
本生物碳有机肥产品大幅缩减污泥体积，杀灭有害物质，将磷、钾和重金属固定在热解炭中。热解炭中磷钙矿的含量更多，利于后续回收，且热解炭中重金属结合更紧密、溶解度更低，通过本配方制得的生物炭磷肥，其重金属生物毒性有效性成分小于50％。
且通过热解炭化处理，热解能量利用率更高，产生的二次污染更低。烟气产生量少，二噁英排放量低，更加无害化；热解炭化的生物炭经过高温处理，热解气循环利用，实现了污泥的稳定化和资源化。
说明书和权利要求中公开的多个步骤和功能的公开可以不被解释为以特定的顺序，多个步骤和功能的公开不将其限定为特定的顺序，除非由于技术的原因这些步骤和功能不能互换。此外，在实施例中，单个步骤可以包括或者可以被分成多个子步骤。
说明书和权利要求中公开的方法可以实施为具有用于执行这些方法中的每个相应步骤的部件的装置。
总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：
1、使用钙基盐作为添加剂可以提高热解炭化过程中磷的回收率，并降低环境污染。同时，使用炭化后的污泥作为有机肥料可以促进农业的可持续发展，同时解决了废弃物的问题；
2、本生物碳有机肥产品大幅缩减污泥体积，杀灭有害物质，将磷、钾和重金属固定在热解炭中。热解炭中磷钙矿的含量较多，利于后续回收，且热解炭中重金属结合更紧密、溶解度更低，通过本配方制得的生物炭磷肥其重金属生物毒性有效性成分小于50％；
3、热解能量利用率更高，产生的二次污染更低。烟气产生量少，二噁英排放量低，更加“无害化”；热解炭化的生物炭经过高温处理，热解气循环利用，实现了污泥的稳定化和资源化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种污泥磷回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
污泥初步处理步骤，所述污泥初步处理步骤去除污泥中的大颗粒物，并进行脱水处理；
配方添加步骤，所述配方添加步骤中，向经所述污泥初步处理步骤后的所述污泥中添加10％-30％的钙基调理剂，使其与污泥充分混合，并进行干化处理；
热解炭化处理步骤，在所述热解炭化处理步骤，将经所述配方添加步骤处理的所述污泥进行炭化处理。
2.根据权利要求1所述的磷回收方法，其特征在于，在所述配方添加步骤中，钙基调理剂为碳酸钙、钙镁盐、氧化钙或氯化钙中的任一种。
3.根据权利要求2所述的磷回收方法，其特征在于，在所述热解炭化处理步骤中，所述热解炭化温度在300℃～900℃。
4.根据权利要求3所述的磷回收方法，其特征在于，所述热解炭化温度在650℃～850℃。
5.根据权利要求3所述的磷回收方法，其特征在于，所述热解炭化时间为0.5小时～1小时。
6.根据权利要求3所述的磷回收方法，其特征在于，在所述热解炭化处理步骤中，所述污泥中的有机磷转换成无机磷。
7.根据权利要求6所述的磷回收方法，其特征在于，在所述热解炭化处理步骤中，所述污泥磷回收的产物为生物炭。
8.根据权利要求7所述的磷回收方法，其特征在于，在所述热解炭化处理步骤中，所述无机磷与所述钙基调理剂反应转换成磷灰石无机磷。
9.根据权利要求8所述的磷回收方法，其特征在于，所述生物炭含有磷元素，所述磷元素的固化率为80％～95％。
10.根据权利要求9所述的磷回收方法，其特征在于，所述生物炭含有氮元素，所述氮元素的固化率为55％～65％。
11.根据权利要求10所述的磷回收方法，其特征在于，所述生物炭含有钾元素，所述钾元素的固化率为80％～90％。
12.根据权利要求1-11任一项所述的磷回收方法，其特征在于，在所述污泥初步处理步骤中，包括：浓缩步骤，所述浓缩步骤将污泥浓缩后送至污泥调理池；脱水步骤，所述脱水步骤接收经浓缩步骤处理后的污泥；干化步骤，所述干化步骤处理经所述脱水步骤处理的污泥。
13.根据权利要求12所述的磷回收方法，其特征在于，在所述浓缩步骤，将含水率98％～99％污泥经机械浓缩后含水率达到95％～96％。
14.根据权利要求11所述的磷回收方法，其特征在于，在所述脱水步骤，将含水率降至60％～65％。
15.根据权利要求12所述的磷回收方法，其特征在于，在所述干化步骤中，将所述污泥干化处理时间0.5小时～1小时，直至所述污泥含水率为18％～22％。
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2023
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