CN117383983B - 一种污泥中磷高效回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种污泥中磷高效回收方法，属于污泥回收技术领域。包括以下步骤：S1.调理脱水；S2.脱水滤液处理；S3.热干化；S4.污泥焚烧；S5.焚烧飞灰处理；S6.焚烧底渣。本发明提出了一种污泥中磷高效回收方法，整个过程中有四大优势：1）生物炭吸附污泥脱水滤液中的磷，获得富磷的碳基复合磷肥；2）燃烧飞灰和底渣经过脱氯处理，用于制砖，制陶粒，制备建材；3）生物炭吸附酸溶后飞灰和底渣浸出液当中的磷，获得富磷的碳基复合磷肥；4）生物炭吸附后的分离液，经过铁/铝盐絮凝，形成富磷的铁/铝基复合磷肥。
Description
技术领域
本发明涉及污泥回收技术领域，具体涉及一种污泥中磷高效回收方法。
背景技术
自然界中的磷主要以磷酸盐矿物的形式存在，通过岩石和沉积物的风化、淋溶、侵蚀等作用，以碎屑态和溶盐态进入土壤和水体当中，被植物和动物吸收。植物可以直接从土壤或水中吸收无机态磷酸盐离子，合成自身的原生质，形成有机态磷，然后通过植食动物和肉食动物在生态系统中传递。动物的排泄物和动、植物残体经微生物的分解，重新形成无机态磷酸盐离子，其中一部分归还给土壤，供植物再次利用，另一部分被微生物所利用，最终输入海洋并沉积于海底。磷转移到湖泊、海洋当中沉积下来，短时间内不再参与循环过程，整个过程几近一个单向流动的过程，所以自然界中的磷是不可再生的资源。
由于化肥，洗涤剂，药剂等含磷化学制品的大量使用，通过雨水管网，最终汇集到污水污泥当中，为了避免江河湖泊的富营养化，各国均对污水厂的出水磷含量做了严格限制。同时，如何实现对污泥中磷资源进行回收利用，许多污水处理厂均配备了相关磷回收设备。
污泥磷回收常见方法包括：1）湿化学方法，主要通过无机酸、有机酸、碱溶液、无机盐溶液和螯合剂等化学浸提，调节pH，加入钙、镁化合物进行提取；2）生物除磷法，聚磷菌（PAOs）和反硝化聚磷菌（DPAOs）通过代谢富集超过自身生命活动所需要的磷，将多余的磷，以聚磷酸盐的形式存于细胞内，在交替厌氧和好氧环境实现磷的去除；3）热化学方法，通过高温削减污泥体积，去除有机污染物和重金属，富集污泥当中的磷。然而，上述方法，很大程度上受污泥自身复杂性质的影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种污泥中磷高效回收方法，针对污泥焚烧处理磷回收工艺中，采用生物炭对污泥进行调理脱水，改善污泥性质，脱水滤液通过生物炭吸附磷，形成富磷的碳基复合磷肥；干化的污泥输送至焚烧炉与煤炭掺烧发电，燃烧飞灰和底渣经过脱氯处理，用于制砖，制陶粒，制备建材；脱氯处理后，经过酸溶解，难溶的固相残渣，继续用于制砖，制陶粒，制备建材；酸溶解后的浸提液，采用生物炭吸附磷，形成富磷的碳基复合磷肥；生物炭吸附后的离心分离液，加入铁/铝盐，絮凝形成富磷的铁/铝基复合磷肥。发明提出了一种污泥中磷高效回收方法，整个过程中有四大优势：1）生物炭吸附污泥脱水滤液中的磷，获得富磷的碳基复合磷肥；2）燃烧飞灰和底渣经过脱氯处理，用于制砖，制陶粒，制备建材；3）生物炭吸附酸溶后飞灰和底渣浸出液当中的磷，获得富磷的碳基复合磷肥；4）生物炭吸附后的分离液，经过铁/铝盐絮凝，形成富磷的铁/铝基复合磷肥。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种污泥中磷高效回收方法，包括以下步骤：
S1.调理脱水：向待调理污泥中分别或共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀，加入铁盐或铝盐混凝剂、高分子絮凝剂，采用污泥脱水机进行脱水，使得污泥含水率降至60%-70%；
S2.脱水滤液处理：向步骤S1中处理产生的脱水滤液中，加入污泥基生物炭、生物质生物炭进行循环吸附处理，吸附脱水滤液中的磷，形成富磷的碳基复合磷肥；
S3.热干化：将步骤S1中调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，污泥含水率降低至30%以下；
S4.污泥焚烧：将步骤S4中热干化后的污泥，与煤炭进行掺混，运输至流化床锅炉，进行焚烧，焚烧过程中产生的热能，通过蒸汽锅炉，将热能转化为电能，焚烧过程产生的烟气，通过处理，尾气排放符合火电厂大气污染物排放标准；
S5.焚烧飞灰处理：采用通过防粉尘装置收集步骤S4中焚烧炉产生的飞灰，进行脱氯处理，脱氯飞灰用于制砖，制陶粒，制备建筑材料，脱氯处理的浸提液中进行酸溶；难溶的固相残渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料，酸溶处理后的浸提液中，加入生物炭进行吸附，离心，固体作为富磷的碳基复合磷肥，分离液中加入絮凝剂吸附，获得富磷的铁/铝基复合磷肥；
S6.焚烧底渣：收集焚烧炉产生的底渣，进行脱氯处理，脱氯底渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料；脱氯处理的浸提液进行酸溶；难溶的固相残渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料；酸溶处理后的浸提液中，加入生物炭进行吸附，获得富磷的碳基复合磷肥；分离液中加入絮凝剂吸附，获得富磷的铁/铝基复合磷肥。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50%；生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述铁盐或铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10%；所述高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2%。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述脱水滤液中的污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50%；所述富磷的碳基复合磷肥，用于土地利用，施用量不超过30t/ha。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述干化的过程中污泥温度在60-95℃之间。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述污泥质量占比不超过50%，所述焚烧的温度为850-1500°C；所述处理为催化氧化/催化还原、淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤中至少一种工艺。
作为本发明的进一步改进，步骤S5或S6中所述酸溶的酸为无机酸或有机酸进行，所述无机酸选自H2SO4、HCl、HNO3中的至少一种；所述有机酸选自柠檬酸或草酸。
作为本发明的进一步改进，步骤S5或S6中所述生物炭为污泥基生物炭和/或生物质生物炭；投加量不超过浸提液的50%。
作为本发明的进一步改进，步骤S5或S6中所述絮凝剂为铁盐和/或铝盐，投加量不超过分离液的5%。
作为本发明的进一步改进，步骤S5或S6中所述富磷的碳基复合磷肥，富磷的铁/铝基复合磷肥，用于土地利用时的施用量不超过30t/ha。
本发明具有如下有益效果：
1、采用生物炭对污泥进行调理脱水，改善了污泥性质，使得污水中的磷70%进入了污泥当中；脱水滤液继续通过生物炭吸附循环处理，实现污水中80%以上的磷富集到干化的污泥当中；通过污泥与煤炭掺烧，磷进一步富集在焚烧飞灰和焚烧底渣当中，方便实现污泥磷回收。
2、污泥与生物炭掺烧，利用了污泥自身的化学能，削减了煤炭化石燃料的使用，焚烧产生的热能用于发电，有利于能源的回收利用，同时，经过生物炭调理，脱水污泥颗粒和孔隙特征得到改善，减少了焚烧过程中的酸性气体产生，减轻了设备腐蚀状况。
3、对污泥脱水滤液，采用生物炭进行循环反复吸附，获得富磷的碳基复合磷肥，用于土地利用，方法工艺简便，实现磷回收。
4、对燃烧飞灰和底渣，脱氯处理后，用于制砖和制备陶粒，实现资源回收利用；脱氯处理后，采用酸溶和生物炭反复循环吸附，获得富磷的碳基复合磷肥；生物炭吸附后的离心分离液，加入铁盐或铝盐絮凝，形成富磷的铁/铝基复合磷肥，用于土地利用，方法工艺简便，进一步实现磷回收。
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是本发明的整体工艺流程图。
具体实施方式
下面将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做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。
实施例1
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，将污泥基生物炭（添加量为5%的污泥干重），稻壳生物炭（添加量为5%的污泥干重），聚合硫酸铝（添加量为2%污泥干重）和高分子絮凝剂PAM（添加量为4‰污泥干重），混匀后加入到污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至60%，脱水滤液采用污泥基生物炭循环吸附，获得了富磷的碳基复合磷肥，用于某厂土地利用示范，施用量15t/ha，其中，植物枝叶数量增加1%，植物生长期结束后，土壤中有效磷含量增加1.0mg/kg以上。
通过低温干化机，将调理脱水后的污泥，干化至含水率20%后。通过焚烧炉，污泥和煤炭进行掺烧，污泥干重比例占20%，焚烧温度900℃。焚烧产生的热能，通过蒸汽锅炉进行发电。焚烧产生的烟气，通过尾气处理装置，进行吸收达标排放。
收集焚烧防粉尘淋洗产生的飞灰和底渣，加入中水进行脱氯，脱氯飞灰用于制备陶粒，其中，陶粒的力学强度（SiO2含量23%，强度13.8 MPa；Al2O3含量20%，强度15 MPa；Fe2O3含量6%，强度15.5 MPa；CaO含量5%，强度13.2 MPa；MgO含量1.7%，强度14.4MPa）均高于我国陶粒强度标准7.5MPa。脱氯底渣与粘土混合，加压成型，烧结制砖，其中，脱氯底渣，质量占比40%。脱氯产生的浸提液加入0.2mol/L硫酸浸提2小时，固液比15L/kg，加入污泥基生物炭进行吸附磷，获得富磷的碳基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量15t/ha，土壤中有效磷含量增加3.0mg/kg以上。浸提液经吸附后，通过离心机，分离后产生的分离液，进一步加入铁盐进行絮凝，产生富磷的铁基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量5t/ha，植物冠幅增大，土壤中有效磷含量增加5.0mg/kg以上。
实施例2
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，将稻壳生物炭（添加量为8%的污泥干重），聚合硫酸铝（添加量为2%污泥干重）和高分子絮凝剂PAM（添加量为4‰污泥干重），混匀后加入到污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至62%，脱水滤液采用秸秆生物炭循环吸附，获得了富磷的碳基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量10t/ha，其中，植物枝叶数量增加1%，植物生长期结束后，土壤中有效磷含量增加2.0mg/kg以上。
通过低温干化机，将调理脱水后的污泥和吸附后的生物炭，干化至含水率20%后。通过焚烧炉，污泥和煤炭进行掺烧，污泥干重比例占25%，焚烧温度900℃。焚烧产生的热能，通过蒸汽锅炉进行发电。焚烧产生的烟气，通过尾气处理装置，进行吸收达标排放。
收集防粉尘淋洗产生的飞灰和焚烧炉底渣，加入中水进行脱氯，脱氯飞灰和底渣用于制备陶粒，其中，陶粒的力学强度（SiO2含量31%，强度14.5 MPa；Al2O3含量25%，强度16.1 MPa；Fe2O3含量5%，强度15.3 MPa；CaO含量3%，强度13.5 MPa；MgO含量3.7%，强度14.1MPa）均高于我国陶粒强度标准7.5MPa。脱氯产生的浸提液加入0.4mol/L盐酸浸提2小时，固液比30L/kg，加入秸秆生物炭进行吸附磷，获得富磷的碳基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量10t/ha，灌木分蘖枝数量增多3枝/丛，土壤中有效磷含量增加2.0mg/kg以上。浸提液经吸附后，通过离心机，分离后产生的分离液，进一步加入铝盐进行絮凝，产生富磷的铝基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量20t/ha，土壤中有效磷含量增加3.0mg/kg以上。
实施例3
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，将污泥基生物炭（添加量为5%的污泥干重），秸秆生物炭（添加量为5%的污泥干重），聚合硫酸铝（添加量为2%污泥干重）和高分子絮凝剂PAM（添加量为4‰污泥干重），混匀后加入到污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至62%，脱水滤液采用污泥基生物炭循环吸附，获得了富磷的碳基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量20t/ha，植物生长期结束后，土壤中有效磷含量增加2.0mg/kg以上。
通过低温干化机，将调理脱水后的污泥和吸附后的生物炭，干化至含水率20%后。通过焚烧炉，污泥和煤炭进行掺烧，污泥干重比例占25%，焚烧温度1200℃。焚烧产生的热能，通过蒸汽锅炉进行发电。焚烧产生的烟气，通过尾气处理装置，进行吸收达标排放。
收集防粉尘淋洗产生的飞灰和底渣，加入中水进行脱氯，脱氯飞灰和脱氯底渣与粘土掺混，脱氯飞灰和脱氯底渣的质量占比为36%，加压成型，煅烧制备建材。脱氯产生的浸提液，加入0.2mol/L盐酸浸提2小时，固液比20L/kg，加入污泥基生物炭进行吸附磷，获得富磷的碳基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量20t/ha，土壤中有效磷含量增加3.0mg/kg以上。浸提液经吸附后，通过离心机，产生的滤液，进一步加入铁盐进行絮凝，产生富磷的铁基复合磷肥，用于某绿化基地示范，施用量10t/ha，植物冠幅增大，土壤中有效磷含量增加2.0mg/kg以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种污泥中磷高效回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.调理脱水：向待调理污泥中分别或共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀，加入铁盐或铝盐混凝剂、高分子絮凝剂，采用污泥脱水机进行脱水，使得污泥含水率降至60%-70%；
S2.脱水滤液处理：向步骤S1中处理产生的脱水滤液中，加入污泥基生物炭、生物质生物炭进行循环吸附处理，吸附脱水滤液中的磷，形成富磷的碳基复合磷肥；
S3.热干化：将步骤S1中调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，污泥含水率降低至30%以下；
S4.污泥焚烧：将步骤S3中热干化后的污泥，与煤炭进行掺混，运输至流化床锅炉，进行焚烧，焚烧过程中产生的热能，通过蒸汽锅炉，将热能转化为电能，焚烧过程产生的烟气，通过处理，尾气排放符合火电厂大气污染物排放标准；
S5.焚烧飞灰处理：采用通过防粉尘装置收集步骤S4中焚烧炉产生的飞灰，进行脱氯处理，脱氯飞灰用于制砖，制陶粒，制备建筑材料，脱氯处理的浸提液中进行酸溶；难溶的固相残渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料，酸溶处理后的浸提液中，加入生物炭进行吸附，离心，固体作为富磷的碳基复合磷肥，分离液中加入絮凝剂吸附，获得富磷的铁/铝基复合磷肥；
S6.焚烧底渣：收集焚烧炉产生的底渣，进行脱氯处理，脱氯底渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料；脱氯处理的浸提液进行酸溶；难溶的固相残渣用于制砖，制陶粒，制备建筑材料；酸溶处理后的浸提液中，加入生物炭进行吸附，获得富磷的碳基复合磷肥；分离液中加入絮凝剂吸附，获得富磷的铁/铝基复合磷肥。
2.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S1中所述污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50%；生物质生物炭为秸秆生物炭或稻壳生物炭。
3.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S1中所述铁盐或铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10%；所述高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2%。
4.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S2中所述脱水滤液中的污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50%；所述富磷的碳基复合磷肥，用于土地利用，施用量不超过30t/ha。
5.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S3中所述干化的过程中污泥温度在60-95℃之间。
6.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S4中所述污泥质量占比不超过50%，所述焚烧的温度为850-1500°C；所述处理为催化氧化/催化还原、淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤中至少一种工艺。
7.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S5或S6中所述酸溶的酸为无机酸或有机酸进行，所述无机酸选自H2SO4、HCl、HNO3中的至少一种；所述有机酸选自柠檬酸或草酸。
8.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S5或S6中所述生物炭为污泥基生物炭和/或生物质生物炭；投加量不超过浸提液的50%。
9.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S5或S6中所述絮凝剂为铁盐和/或铝盐，投加量不超过分离液的5%。
10.根据权利要求1所述的污泥中磷高效回收方法，其特征在于，步骤S5或S6中所述富磷的碳基复合磷肥，富磷的铁/铝基复合磷肥，用于土地利用时的施用量不超过30t/ha。
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