一种市政污泥的回收利用方法与流程

1.本发明涉及污泥资源化技术领域，具体涉及一种市政污泥的回收利用方法。

背景技术：

2.污水处理过程中将产生大量高含水率的污泥，其成分复杂且含有有毒有害物质，如果处理处置过程稍有不当，将对环境构成极大威胁，污泥资源化、能源化是污泥处置的理想化途径，污泥的资源化利用是未来发展的必然趋势。卫生填埋已无法满足可持续发展的要求，应根据我国的实际发展情况，积极转变处理处置方法，实现污泥的资源化利用，而不是仅对污泥进行减量化处理。目前城市污泥安全处理(无害化)处置率低于20％，大部分污泥仍未得到及时、合理地处置，已成为制约我国污水处理行业发展的瓶颈之一，实现污泥安全、有效、经济的处理处置已成为环境领域迫切需要解决的重大任务之一。
3.如今污泥的调理不当将成为污泥处理、运输、处置等下一阶段的不利因素。提高污泥脱水性能需要对污泥进行物理、化学或生物调理，进而破坏污泥的胶体特性，使更多的结合水转变为自由水得以释放，降低污泥含水率，达到处理处置要求。例如酸碱溶胞法通过改变微生物所处生存环境的ph，营造不适宜细胞生存的环境，对污泥的活性进行了不同程度抑制，使其代谢减缓，同时在酸碱的腐蚀性下，细胞壁被溶解，胞内物质得到释放被活性污泥所利用，以此达到污泥降解减量化的目的。同时实现污泥有机质、无机质以及水相的三相分离是我国污泥高效处理处置与安全资源化利用的重要技术前提，实现污泥的分质处理对于改善我国污泥泥质、提高处理处置效率、促进污泥高值化利用均具有重要意义。
4107417062a公开了一种从城市污水处理厂污泥回收磷的方法，包括以下步骤：(1)将城市污泥进行水热处理，所述水热反应温度为170℃-320℃，水热反应时间为0.5-4h；水热处理中，同时添加盐酸，利于磷溶出到富含磷的水热液相产物中；其中：每克干城市污泥中盐酸的加入量为0.2mmol-12mmol；(2)最后利用富含磷的水热液相产物进行鸟粪石沉淀实验回收磷。其采用水热法，能耗高，耗时长，且其采用高温反应釜难以控制。
5110963662a公开了一种从含铝污泥中回收铝盐混凝剂的方法，步骤为：(1)将含铝污泥输送至高温无氧热裂解系统，在高温无氧条件下发生热裂解反应；(2)经热裂解反应产生的含氧化铝固体颗粒采用盐酸进行酸化溶解，过滤掉不溶物后得到酸解溶液；(3)向步骤(2)得到的酸解溶液中投加碱剂以调节体系ph大于12，然后过滤掉不溶物，得到铝酸钠溶液；(4)向步骤(3)得到的铝酸钠溶液中投加盐酸以调节体系ph在1～2之间，形成具有聚合态可溶性铝盐的溶液，再经浓缩或干燥即得到铝盐混凝剂。其可以实现含铝污泥中铝盐的回收和再利用，铝盐混凝剂回收率高且使用效果好。但其高温无氧环境难以达到，需要特定的设备，能耗较大，同时其要求铁含量低，适用的污泥范围较窄。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种市政污泥的回收利用方法，能够实现市政污泥的资源化利用，实现磷的回收，制备得到磷肥和pafc。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
8.一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
9.(1)将市政污泥用盐酸溶液调节ph至1～2，搅拌均匀，过滤，得到上清液和下层污泥；
10.(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、灼烧，得到底灰，将底灰与盐酸溶液混合均匀，离心，取上清液，得到富磷提取液；
11.(3)将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应，蒸发浓缩，烘干，得到磷肥。
12.本发明通过将市政污泥(所述的市政污泥含铁、铝、钙)用盐酸溶液调节ph至1～2，过滤，将下层污泥烘干，灼烧，再与盐酸溶液混合，离心，上清液即为富磷提取液，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，蒸发浓缩，烘干，即得纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)。
13.需要说明的是，本发明所述的回收方法针对的是含铁、铝、磷的市政污泥，其中市政污泥中铁、铝、磷的含量并没有特殊限定，也就是说，只要市政污泥中含有铁、铝、磷即可采用本发明的方法进行回收利用。
14.本发明所述的回收方法操作简单，适用范围广，适用于不同规模、不同工艺产生的市政污泥的处理需求。
15.本发明制备得到的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，在实现废物资源利用的同时，能够有效的减少磷矿石的开采，避免造成生态环境的破坏，且所述的磷肥的制备方法简单，不需要复杂的前处理方法，提取难度低，具有广泛的应用前景。
16.作为本发明的优选实施方案，还包括以下步骤：
17.(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥混合均匀，超声处理，离心，取沉淀；
18.(5)将步骤(4)中的沉淀灼烧，冷却，研磨，得到pafc。
19.本发明通过将市政污泥(所述的市政污泥含铁、铝、钙)用盐酸溶液调节ph至1～2，过滤，将上清液与市政污泥(未经处理的)进行混合，超声，离心，将沉淀灼烧，冷却，得到pafc，所制备得到的pafc能够大幅度的降低污水的浊度，具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊性能好、对设备管路腐蚀性能小等优点；还具有铁盐絮凝剂沉降快、易于分离、低温水处理性能好、水处理ph值范围大的优点。
20.作为本发明的优选实施方案，所述步骤(1)中调节ph至1。
21.本发明的发明人在大量的研究中发现，所述的ph是关键影响因素，将ph调至1，能够有效的降低下层污泥中的mlss、mlvss，但能提高mlvss/mlss的比值，提高下层污泥中的高热位值、有机质含量，从而能够显著提高回收率，提高制备得到的pafc的絮凝性能，同时还能够提高上清液中磷酸盐、总氮、总磷的含量，能够制备得到纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)。
22.作为本发明的优选实施方案，所述步骤(2)中盐酸溶液的浓度为1～3mol/l。
23.作为本发明的优选实施方案，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：2～4ml。将底灰与盐酸溶液按照上述的料液比进行提取，能够达到良好的富磷效果，磷的回收率高，使单位体积提取液中的磷含量提高，不会产生废液，在后续的蒸发浓缩过程中，所需时间更短，能够有效的降低成本。
24.作为本发明的优选实施方案，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：3ml。特别是在底灰与盐酸溶液的料液比为1g：3ml时，富磷效果最好，单位体积提取液中的磷含量最高，产
生的废液最少，后续蒸发浓缩所需时间最短。
25.作为本发明的优选实施方案，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为1～2：1。通过将氢氧化钙按照上述特定的添加量加入，不仅能够提供磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)中的ca
2+
，还能够提供oh-，所述的oh-能够中和富磷提取液中的h
+
，提高溶液的ph，从而为磷肥的生成提供条件，从而制备得到纯净的磷肥。
26.作为本发明的优选实施方案，所述超声处理功率为200～400w，超声处理时间为10～20min。
27.作为本发明的优选实施方案，所述步骤(5)中灼烧温度为700～850℃，灼烧时间为1～3h。
28.作为本发明的优选实施方案，所述步骤(5)中灼烧温度为800℃，灼烧时间为2h。
29.本发明的有益效果在于：(1)本发明通过将市政污泥用盐酸溶液调节ph至1～2，过滤，将下层污泥烘干，灼烧，再与盐酸溶液混合，离心，上清液即为富磷提取液，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，蒸发浓缩，烘干，即得纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)；(2)本发明将上清液与市政污泥(未经处理的)进行混合，超声，离心，将沉淀灼烧，冷却，得到pafc，所制备得到的pafc能够大幅度的降低污水的浊度，具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊性能好、对设备管路腐蚀性能小等优点；还具有铁盐絮凝剂沉降快、易于分离、低温水处理性能好、水处理ph值范围大的优点；(3)本发明所述的回收方法操作简单，适用范围广，适用于不同规模、不同工艺产生的市政污泥的处理需求；(4)本发明制备得到的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，在实现废物资源利用的同时，能够有效的减少磷矿石的开采，避免造成生态环境的破坏，且所述的磷肥的制备方法简单，不需要复杂的前处理方法，提取难度低，具有广泛的应用前景。通过将市政污泥(所述的市政污泥含铁、铝、钙)用盐酸溶液调节ph至1～2，过滤。
附图说明
30.图1为实施例1中的下层污泥中的mlss、mlvss值。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
32.在本发明中，具体的分散、搅拌处理方式没有特别限制。
33.本发明所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
34.本发明实施例和对比例中所述的市政污泥来自清远某污水处理厂二沉淀池，其中市政污泥的指标如下：3.48％铁，5.28％铝，1.53％钙，cod：22100mg/l，总氮：148.7mg/l，氨氮：105.7mg/l，总磷：6.35mg/l。
35.实施例1
36.探究步骤(1)中ph对上清液和下层污泥的影响。
37.1.取18份60ml的相同的市政污泥，分为6组，每组三份(测试取平均值)，分别用
2mol/l的盐酸调节ph至1～6，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥。
38.2.下层污泥中的mlss、mlvss、mlvss/mlss如表1、图1所示。
39.表1
[0040][0041]
3.将下层污泥烘干，污泥中的c、h、n、s的质量分数如表2所示。
[0042]
表2
[0043][0044][0045]
4.上清液中的tn、tp、po
43-的指标如表3所示。
[0046]
表3
[0047][0048]
从表1、表2、表3以及图1中可看出，所述的ph是关键影响因素，将ph调至1～2，能够有效的降低下层污泥中的mlss、mlvss，但能提高mlvss/mlss的比值，提高下层污泥中的高热位值、有机质含量，从而能够显著提高回收率，提高制备得到的pafc的絮凝性能，同时还能够提高上清液中磷酸盐、总氮、总磷的含量，能够制备得到纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，特别是ph为1时，效果最佳，下层污泥中的mlvss/mlss的比值最高，高热位值、有机质含量最高，上清液中磷酸盐、总氮、总磷的含量最高，因此，在本发明中，需要严格的控制步骤(1)中的ph。
[0049]
实施例2
[0050]
一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
[0051]
(1)将市政污泥用2mol/l的盐酸溶液调节ph至1，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥；
[0052]
(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、在800℃下灼烧，得到底灰，将底灰与2mol/l的盐酸溶液混合均匀，以5000rpm转速离心10min，取上清液，得到富磷提取液，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：3ml；
[0053]
(3)测定富磷提取液中的磷酸盐的浓度，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应30min，在105℃下蒸发浓缩，烘干，得到磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为1.5：1。
[0054]
(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥按照质量比1：150混合均匀，以250w超声处理14min，测得混合物料的ph在6～7之间(fe
3+
、al
3+
在此ph已沉淀完全，不需要调节ph)，然后在3000r/min离心10min，倒掉上清液，获得沉淀；
[0055]
(5)将步骤(4)中的沉淀转移至瓷舟中，于马费炉中，在800℃下灼烧2h，冷却，研磨，得到固体粉末pafc。
[0056]
(6)对步骤(3)中的磷酸盐(一水合二氢磷酸氯钙)的含磷量进行检测，测的其中含磷量为23.6％，市面正常售卖的磷肥中含磷量约为10-20％，本发明得到磷肥的磷含量高与市售产品。
[0057]
(7)对步骤(5)中得到的固体粉末pafc进行絮凝实验。正常市政污泥沉降10min，上清液浊度为720ntu，加入本实施例所制备得到的pafc搅拌后沉降10min，上清液浊度为29ntu，明显有较好的沉降效果。
[0058]
实施例3
[0059]
一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
[0060]
(1)将市政污泥用2mol/l的盐酸溶液调节ph至2，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥；
[0061]
(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、在800℃下灼烧，得到底灰，将底灰与2mol/l的盐酸溶液混合均匀，以5000rpm转速离心10min，取上清液，得到富磷提取液，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：2ml；
[0062]
(3)测定富磷提取液中的磷酸盐的浓度，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应30min，在105℃下蒸发浓缩，烘干，得到磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为1：1。
[0063]
(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥按照质量比1：100混合均匀，以250w超声处理14min，测得混合物料的ph在6～7之间(fe
3+
、al
3+
在此ph已沉淀完全，不需要调节ph)，然后在3000r/min离心10min，倒掉上清液，获得沉淀；
[0064]
(5)将步骤(4)中的沉淀转移至瓷舟中，于马费炉中，在800℃下灼烧2h，冷却，研磨，得到固体粉末pafc。
[0065]
(6)对步骤(3)中的磷酸盐(一水合二氢磷酸氯钙)的含磷量进行检测，测的其中含磷量为25.8％，市面正常售卖的磷肥中含磷量约为10-20％，本发明得到磷肥的磷含量高与市售产品。
[0066]
(7)对步骤(5)中得到的固体粉末pafc进行絮凝实验。正常市政污泥沉降10min，上清液浊度为720ntu，加入本实施例所制备得到的pafc搅拌后沉降10min，上清液浊度为32ntu，明显有较好的沉降效果。
[0067]
实施例4
[0068]
一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
[0069]
(1)将市政污泥用2mol/l的盐酸溶液调节ph至1，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥；
[0070]
(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、在800℃下灼烧，得到底灰，将底灰与2mol/l的盐酸溶液混合均匀，以5000rpm转速离心10min，取上清液，得到富磷提取液，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：4ml；
[0071]
(3)测定富磷提取液中的磷酸盐的浓度，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应30min，在105℃下蒸发浓缩，烘干，得到磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为2：1。
[0072]
(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥按照质量比1：200混合均匀，以250w超声处理14min，测得混合物料的ph在6～7之间fe
3+
、al
3+
在此ph已沉淀完全，不需要调节ph)，然后在3000r/min离心10min，倒掉上清液，获得沉淀；
[0073]
(5)将步骤(4)中的沉淀转移至瓷舟中，于马费炉中，在800℃下灼烧2h，冷却，研磨，得到固体粉末pafc。
[0074]
(6)对步骤(3)中的磷酸盐(一水合二氢磷酸氯钙)的含磷量进行检测，测的其中含磷量为21.3％，市面正常售卖的磷肥中含磷量约为10-20％，本发明得到磷肥的磷含量高与市售产品。
[0075]
(7)对步骤(5)中得到的固体粉末pafc进行絮凝实验。正常市政污泥沉降10min，上
清液浊度为720ntu，加入本实施例所制备得到的pafc搅拌后沉降10min，上清液浊度为55ntu，明显有较好的沉降效果。
[0076]
对比例1
[0077]
对比例1与实施例2不同之处在于，对比例1中底灰与盐酸溶液的料液比为1g：1.5ml。
[0078]
一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
[0079]
(1)将市政污泥用2mol/l的盐酸溶液调节ph至1，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥；
[0080]
(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、在800℃下灼烧，得到底灰，将底灰与2mol/l的盐酸溶液混合均匀，以5000rpm转速离心10min，取上清液，得到富磷提取液，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：1.5ml；
[0081]
(3)测定富磷提取液中的磷酸盐的浓度，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应30min，在105℃下蒸发浓缩，烘干，得到磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为1.5：1。
[0082]
(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥按照质量比1：150混合均匀，以250w超声处理14min，测得混合物料的ph在6～7之间(fe
3+
、al
3+
在此ph已沉淀完全，不需要调节ph)，然后在3000r/min离心10min，倒掉上清液，获得沉淀；
[0083]
(5)将步骤(4)中的沉淀转移至瓷舟中，于马费炉中，在800℃下灼烧2h，冷却，研磨，得到固体粉末pafc。
[0084]
(6)对步骤(3)中的磷酸盐(一水合二氢磷酸氯钙)的含磷量进行检测，测的其中含磷量为18.1％，市面正常售卖的磷肥中含磷量约为10-20％，本发明得到磷肥的磷含量与市售产品含磷量差不多。
[0085]
(7)对步骤(5)中得到的固体粉末pafc进行絮凝实验。正常市政污泥沉降10min，上清液浊度为720ntu，加入本对比例所制备得到的pafc搅拌后沉降10min，上清液浊度为84ntu，沉降效果相比其他实施例2较差。
[0086]
对比例2
[0087]
对比例2与实施例2不同之处在于，对比例2中氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为3：1。
[0088]
一种市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：
[0089]
(1)将市政污泥用2mol/l的盐酸溶液调节ph至1，将调好ph的市政污泥置于磁力搅拌机中，搅拌1h，过滤，得到上清液和下层污泥；
[0090]
(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、在800℃下灼烧，得到底灰，将底灰与2mol/l的盐酸溶液混合均匀，以5000rpm转速离心10min，取上清液，得到富磷提取液，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：2ml；
[0091]
(3)测定富磷提取液中的磷酸盐的浓度，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应30min，在105℃下蒸发浓缩，烘干，得到磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为3：1。
[0092]
(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥按照质量比1：150混合均匀，以250w超声处理14min，测得混合物料的ph在6～7之间(fe
3+
、al
3+
在此ph已沉淀完全，不需要调节ph)，然
后在3000r/min离心10min，倒掉上清液，获得沉淀；
[0093]
(5)将步骤(4)中的沉淀转移至瓷舟中，于马费炉中，在800℃下灼烧2h，冷却，研磨，得到固体粉末pafc。
[0094]
(6)对步骤(3)中的磷酸盐(一水合二氢磷酸氯钙)的含磷量进行检测，测的其中含磷量为15.3％，市面正常售卖的磷肥中含磷量约为10-20％，本发明得到磷肥的磷含量与市售产品含磷量差不多。
[0095]
(7)对步骤(5)中得到的固体粉末pafc进行絮凝实验。正常市政污泥沉降10min，上清液浊度为720ntu，加入本对比例所制备得到的pafc搅拌后沉降10min，上清液浊度为115ntu，沉降效果相比其他实施例2较差。

技术特征：

1.一种市政污泥的回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将市政污泥用盐酸溶液调节ph至1～2，搅拌均匀，过滤，得到上清液和下层污泥；(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、灼烧，得到底灰，将底灰与盐酸溶液混合均匀，离心，取上清液，得到富磷提取液；(3)将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应，蒸发浓缩，烘干，得到磷肥。2.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，还包括以下步骤：(4)将步骤(1)中的上清液与市政污泥混合均匀，超声处理，离心，取沉淀；(5)将步骤(4)中的沉淀灼烧，冷却，研磨，得到pafc。3.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(1)中调节ph至1。4.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(2)中盐酸溶液的浓度为1～3mol/l。5.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：2～4ml。6.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述底灰与盐酸溶液的料液比为1g：3ml。7.根据权利要求1所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述氢氧化钙与富磷提取液中磷酸盐的质量比为1～2：1。8.根据权利要求2所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述超声处理功率为200～400w，超声处理时间为10～20min。9.根据权利要求2所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(5)中灼烧温度为700～850℃，灼烧时间为1～3h。10.根据权利要求2所述的市政污泥的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(5)中灼烧温度为800℃，灼烧时间为2h。

技术总结

本发明公开了一种市政污泥的回收利用方法，属于污泥资源化技术领域，所述的市政污泥的回收利用方法，包括以下步骤：(1)将市政污泥用盐酸溶液调节pH至1～2，搅拌均匀，过滤，得到上清液和下层污泥；(2)将步骤(1)中下层污泥烘干、灼烧，得到底灰，将底灰与盐酸溶液混合均匀，离心，取上清液，得到富磷提取液；(3)将氢氧化钙加入到富磷提取液中，反应，蒸发浓缩，烘干，得到磷肥。本发明通过将市政污泥用盐酸溶液调节pH至1～2，过滤，将下层污泥烘干，灼烧，再与盐酸溶液混合，离心，上清液即为富磷提取液，将氢氧化钙加入到富磷提取液中，蒸发浓缩，烘干，即得纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)。即得纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)。即得纯净的磷肥(一水合二氢磷酸氯钙)。