CN117023930A - 一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥资源化技术领域，具体涉及一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法。本发明的回收方法结合厌氧消化与酸化处理高含固含铁污泥，利用酸化处理改变含磷沉淀的溶解性能，从而释放大量的磷，经固液分离后，滤液可通过蓝铁矿的形式回收磷肥，而处理后的污泥经干化后可用于协同焚烧。本方案不仅节约了酸化药剂成本，也提高了释磷的总体效率，制备得到的蓝铁矿品质高，由于污泥的酸化将无机金属元素大量释放，而有机成分仍残留，故酸化后污泥热值提高，适用于污泥的协同焚烧。
Description
技术领域
本发明属于污泥资源化技术领域，具体涉及一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法。
背景技术
随着经济的快速发展，城市化进程的加快和管网建设水平的发展，湿污泥的产生量逐年增加，但目前的污泥处理处置率仍处于较低水平，没有得到稳定化、无害化、资源化处理。
磷是一种单向流动、不可再生的非金属矿产资源，磷矿主要用于生产磷肥，关系着世界范围内的粮食供给，但是磷资源具有消耗量大、不可再生、回收利用率低以及磷矿石品味低等问题。与磷资源短缺相对应，污泥中含有丰富的磷，但是富磷污泥不能直接作为肥料使用，而是要通过合适的手段将磷释放到液相，通过固液分离获得富磷上清液，再通过化学沉淀法将磷资源化利用。厌氧消化是一种常见的污泥释磷方法，磷的释放主要集中于水解酸化阶段，但由于目前污泥大多采用铁盐除磷，厌氧消化仅能释放少部分化学除磷含铁污泥中的磷。专利CN112125483A采用极端的pH条件(pH＝1～2)释放污泥中的磷，通过鸟粪石的形式回收磷肥，回收价值远小于蓝铁矿。因此，需要研发一种回收产物为蓝铁矿的污泥资源化回收方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，该方法利用温和的酸化条件处理污泥，节约了酸化药剂成本，可通过品质高的蓝铁矿的形式回收磷肥，且后续污泥的热值高，适用于污泥的协同焚烧。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，包括以下步骤：
S1、取高含固含铁污泥进行厌氧消化；
S2、将S1消化后的污泥进行酸化处理，释放污泥中的磷和亚铁；
S3、将S2酸化后的污泥进行固液分离，得到泥饼和滤液；
S4、取S3的滤液，通过调节pH，形成蓝铁矿回收磷；
S5、将S3的泥饼经干化和粉碎后用于协同焚烧。
优选地，步骤S1中，所述高含固含铁污泥为使用铁盐除磷的含铁污泥，其含固率为7％～20％。
优选地，所述厌氧消化配备沼气收集系统，将厌氧消化产生的沼气(主要是甲烷)收集用作燃料，在回收磷的同时将污泥中的碳能源化利用。
优选地，步骤S1中，所述厌氧消化采用中温厌氧消化，厌氧消化温度控制在35±2℃，时间控制在10～30天。
优选地，步骤S2中，所述酸化处理为采用浓度为3～4mol/L的硫酸溶液将污泥的pH调节到3～4。
优选地，步骤S3中，所述固液分离选用板框压滤或离心脱水方法，处理后的泥饼含水率降低到70％～80％。
优选地，所述回收磷为采用3～4mol/L的NaOH溶液将滤液的pH调节到5.5～6.5，收集固体得到蓝铁矿。
优选地，步骤S5中，所述污泥干化采用热干化或低温干化方式，干化后的污泥含水率低于40％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结合厌氧消化与酸化处理高含固含铁污泥，厌氧消化后污泥中大部份三价铁被异化铁还原菌还原为二价铁，同时大量有机磷被转化成无机磷，这些变化都使得污泥能够在温和的pH条件(pH＝3～4)而非极端的pH条件(pH＝1～2)下释放50-80％的磷，从而大大节约了酸化药剂的成本，也提高了释磷的总体效率。经过厌氧消化-酸化-固液分离的滤液含有大量的磷酸根离子和亚铁离子，此时仅需要调节溶液的pH就能够以蓝铁矿的形式回收磷。以蓝铁矿代替鸟粪石作为磷回收产物，直接地利用了原本为杂质的亚铁离子作为构晶离子，因此产物的纯度高、杂质少、晶形结构优越，蓝铁矿纯度高达85％以上，并且无需额外添加除铁的装置。由于污泥的酸化将无机金属元素大量释放，无机成分减少，而有机成分仍残留，故酸化后污泥热值提高，适用于污泥的协同焚烧。
附图说明
图1为高含固含铁污泥中磷的资源化回收工艺步骤图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
实施例1高含固含铁污泥中磷的资源化回收
本实施例需处理的高含固含铁污泥为污水厂使用铁盐除磷的高含铁污泥，含固率为10％，污泥总磷含量为23.5mg/g-TS，总铁含量为135mg/g-TS，按照图1所示的工艺路线图进行处理，具体步骤如下：
1、将高含固含铁污泥注入厌氧消化反应器中，反应器接种体积的厌氧颗粒污泥(厌氧接种污泥的特性为)，搅拌速率为200r/min，反应温度为35℃，进行20天厌氧消化反应，厌氧消化的pH值控制为7，厌氧消化后的污泥得到稳定化，35％的悬浮固体和50％的挥发性固体被去除，污泥中98％的铁被还原为亚铁，有机磷占比从30％下降到了10％，污泥铁和磷形态得到转化；
2、用浓度为3M的硫酸将步骤1厌氧消化后的污泥的pH调节为4，污泥中55％的磷被释放到污泥的液相中，磷酸根离子浓度达1000mg/L；
3、采用离心的方式分离污泥得到上清液和泥饼，处理后的泥饼含水率降低到70％，向上清液中投加浓度为3M的氢氧化钠溶液，调节上清液的pH为6，使得亚铁和磷酸根离子形成蓝铁矿(Fe3(PO4)2·8H2O)产品，再次固液分离收集蓝铁矿，蓝铁矿产品纯度为88％，表明溶液中的磷大部分都转移到了沉淀物中，滤液中磷的回收率达到98％；将泥饼低温干化至含水率为40％并破碎为颗粒，干化后污泥的热值指标达标，重金属含量低于检出限，检测合格，干化后污泥以协同焚烧作为最终用途。
实施例2高含固含铁污泥中磷的资源化回收
在中试条件下，本实施例需处理的高含固含铁污泥为污水厂使用铁盐除磷的高含铁污泥，经叠螺机脱水后含水率为92％，适合采用本工艺系统回收资源及最终处置。本实施例需处理的高含固含铁污泥的含固率为8％，污泥总磷含量为20.8mg/g-TS，总铁含量为95.5mg/g-TS，按照图1所示的工艺路线图进行处理，具体步骤如下：
1、将高含固含铁污泥注入厌氧消化反应器中，反应器接种体积的厌氧颗粒污泥(厌氧接种污泥的特性为)，搅拌速率为200r/min，反应温度为35℃，进行30天厌氧消化反应，厌氧消化的pH值控制为7，厌氧消化后的污泥得到稳定化，污泥中的碳被充分转化为沼气(主要成分为甲烷)，30％的悬浮固体和42％的挥发性固体被去除，污泥中98％的铁被还原为亚铁，有机磷占比从30％下降到了10％，污泥铁和磷形态得到了转化；
2、用浓度为3M的硫酸将步骤1厌氧消化后的污泥的pH调节为3，污泥中80％的磷被释放到污泥的液相中；
3、采用离心的方式分离污泥得到上清液和泥饼，处理后的泥饼含水率降低到70％，向上清液中投加浓度为3M的氢氧化钠溶液，调节上清液的pH为6，使得亚铁和磷酸根离子形成蓝铁矿(Fe3(PO4)2·8H2O)产品，再次固液分离收集蓝铁矿，蓝铁矿产品纯度为86％，表明溶液中的磷大部分都转移到了沉淀物中，滤液中磷的回收率达到90％；将泥饼低温干化至含水率为40％并破碎为颗粒，干化后污泥的热值指标达标，重金属含量低于检出限，检测合格，干化后污泥以协同焚烧作为最终用途。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对高含固含铁污泥进行厌氧消化；
S2、将S1消化后的污泥进行酸化处理，释放污泥中的磷和亚铁；
S3、将S2酸化后的污泥进行固液分离，得到泥饼和滤液；
S4、取S3的滤液，通过调节pH，形成蓝铁矿回收磷；
S5、将S3的泥饼经干化和粉碎后用于协同焚烧。
2.根据权利要求1所述的一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S1中，所述高含固含铁污泥为使用铁盐除磷的含铁污泥，其含固率为7％～20％。
3.根据权利要求1所述的一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S1中，所述厌氧消化采用中温厌氧消化，厌氧消化温度控制在35±2℃，时间控制在10～30天。
4.根据权利要求1所述的一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S2中，所述酸化处理为采用浓度为3～4mol/L的硫酸溶液将污泥的pH调节到3～4。
5.根据权利要求1所述的一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S3中，所述固液分离选用板框压滤或离心脱水方法，处理后的泥饼含水率降低到70％～80％。
6.根据权利要求1所述一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S4中，所述回收磷为采用3～4mol/L的NaOH溶液将滤液的pH调节到5.5～6.5，收集固体得到蓝铁矿。
7.根据权利要求1所述的一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法，其特征在于，步骤S5中，所述污泥干化采用热干化或低温干化方式，干化后的污泥含水率低于40％。
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