一种污泥综合处置及磷资源回收的方法及产物技术

本发明专利技术提供了一种污泥综合处置及磷资源回收的方法及产物，属于污泥处理领域。该方法包括如下步骤：向待处理污泥中添加促磷剂并进行热水解，使得有机磷转化为无机磷，进而得到热水解产物，其中促磷剂为半纤维素和/或含有半纤维素的有机质粉末；对热水解产物进行固液分离，得到液相产物、有机固相产物和无机固相产物；对无机固相产物中的磷进行提取回收，以此完成污泥综合处置及磷资源回收。本发明专利技术通过促磷剂耦合热水解调理，能够促进总磷向热稳定性更高的金属络合正磷酸盐转化，使污泥中复杂的磷形态统一为金属结合态的无机正磷酸盐，进而将分散的含磷化合物如有机磷统一到无机固相产物中，实现磷资源高效回收。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥综合处置及磷资源回收的方法及产物
本专利技术属于污泥处理领域，更具体地，涉及一种污泥综合处置及磷资源回收的方法及产物。
技术介绍
磷元素参与细胞构建和生物能量反应，是所有生命体不可或缺的营养元素。但是，因自然磷循环是开环的且自然磷矿储量有限，故面临磷资源匮乏的问题。为了实现闭环磷循环，需要人为从磷循环中的污泥再次回收利用磷。除去随农肥流失进地下的部分，自然磷循环中九成以上的磷汇集于动物粪污和污水污泥。其中，污水污泥是污水处理的副产物，产量巨大、平均干基含磷质量分数高达2.2％，是含磷总量第一的固体废弃物。因此污水污泥是十分有潜力的可回收磷资源。污泥中磷资源的利用方式分为直接农用还田和浸出提纯回收两类。直接农用还田是通过简单的处理技术使污泥磷的生物可利用性提高并得到浓缩，然后直接将富磷且成分复杂的产物作为磷肥还田。例如，CN2018214303592公布了一种含磷污泥的处理装置，该装置采用磷酸调节污泥pH，再压滤得到固相即为磷酸盐半成品。浸出提纯回收的工艺流程一般包括磷浓缩、磷浸出、磷提纯三步，最后得到纯度较高的富磷化合物，用于进一步工业生产。例如，CN2019108007497公开了一种污泥中磷的资源化利用方法与系统，该方法取湿污泥加入稀酸调节pH＝0～1，反应0.5～4h后脱水，脱出的水分加NaOH得到沉淀后再加酸调节溶解沉淀，最后向上清液加入CaCl2得到羟基磷灰石。但是由于污泥含有大量寄生虫卵、抗生素、重金属等有毒害物质，直接还田农用风险大，所以污泥中磷的浸出提纯工艺是学者研究的主流。在磷的浓缩浸出方面，国内外学者已对加酸/碱、酸热、碱热等方法进行了研究和探讨。CN2020104937517公开了一种磷回收利用装置和方法，该方法采用98％的硫酸溶液混合浓缩污水污泥，进行水解酸化反应，以浸出磷。CN2020107472969公开了一种从污泥焚烧灰中回收蓝铁矿的方法，该方法将污泥与浓酸按照固液比0.01-0.02L/g，在25-55℃下混合反应0.5-2h，再用碱液调节浸出液，加入吸附剂进行磷的吸附。CN2019108902586公布了一种污泥资源化处置方法，该方法先将污泥与碱性药剂和生物质粉末混合，再将混合污泥于温度160℃～200℃和压力0.5MPa-5MPa条件下，进行16h-28h反应，离心液相为富磷液体。CN2019101870207公开了一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法，该方法将混合污泥在220℃～260℃下进1h～4h水热碳化反应，进行释磷。但是以上污泥磷的浸出提纯技术面临两大瓶颈和一个缺陷。瓶颈一，污泥含水率高且水分脱水困难，因而干基总磷含量高但湿物料含磷浓度低，磷回收经济效益差；瓶颈二，污泥组分复杂多变且不均质，导致磷提取回收的效率波动大。缺陷则在于现有的研究或专利在磷提取前的浓缩阶段引入过量酸、碱、氧化药剂，但大部分药剂被污泥中有机组分消耗，能量消耗和成本高。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种污泥综合处置及磷资源回收的方法及产物，旨在解决现有的污泥磷提取效率低、能耗高的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种污泥综合处置及磷资源回收的方法，该方法包括如下步骤：S1向待处理污泥中添加促磷剂并进行热水解，使得所述待处理污泥中的有机磷转化为无机磷，进而得到热水解产物，其中所述促磷剂为半纤维素和/或含有半纤维素的有机质粉末；S2对所述热水解产物进行固液分离，得到液相产物、有机固相产物和无机固相产物；S3对所述无机固相产物中的磷进行提取回收，以此完成污泥综合处置及磷资源回收。作为进一步优选的，所述促磷剂还包括纤维素和/或含有纤维素的有机质粉末，所述促磷剂中半纤维素的质量分数为10％～100％，所述纤维素的质量分数为0％～70％。作为进一步优选的，所述促磷剂的投加量为所述待处理污泥干基重量的0.2％～30％，所述促磷剂的粒径为20目～250目。作为进一步优选的，步骤S1中，热水解处理的温度为60℃～200℃，热水解处理的时间为10min～60min；优选的，热水解处理的温度为60℃～160℃，热水解处理的时间为10min～20min。作为进一步优选的，步骤S2中，采用旋流分离的方式对所述热水解产物进行固液分离，具体包括单级旋流分离、双级旋流分离、多级旋流分离和回转旋流分离中的一种或多种。作为进一步优选的，步骤S2中，旋流分离的转速为200r/min～1000r/min，旋流分离的时间为10min～55min。作为进一步优选的，步骤S3具体包括如下子步骤：S31对所述无机固相产物进行酸热处理，得到富磷上清液；S32对所述富磷上清液进行结晶沉淀，获得鸟粪石或羟基磷灰石。作为进一步优选的，步骤S31中，酸热处理的pH为1.5～3.5，温度为30℃～75℃，处理时间为0.3h～4h。作为进一步优选的，步骤S32中，采用鸟粪石结晶法进行结晶沉淀时，pH＝8.8～9.5，镁磷摩尔比为1～1.8：1，停留时间15min～1d；采用羟基磷灰石结晶法进行结晶沉淀时，pH＝9.3～10.0，钙磷摩尔比为2.0～2.5：1，停留时间15min～1d。按照本专利技术的另一方面，提供了一种利用上述方法制得的富磷化合物。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本专利技术提供了一种污泥综合处置及磷资源回收的方法，该方法通过促磷剂耦合热水解调理和固液分离，能够将液相产物、高热值的有机固相产物和富磷的无机固相产物分离，实现污泥综合处置；同时利用不稳定链式多糖大分子如半纤维素在低温热水解过程中与污泥中的有机大分子发生交联反应，加速热水解反应中磷沉淀金属(钙镁铁铝)离子的释放游离，从而促进总磷向热稳定性更高的金属络合正磷酸盐转化，使污泥中复杂的磷形态统一为金属结合态的无机正磷酸盐，进而将分散的含磷化合物如有机磷统一到无机固相产物中，不仅避免了污泥中丰富有机质对磷浸出的阻碍、降低药剂添加量，而且大幅提高资源密度、缩短生产周期，在合理的能耗范围内实现了污泥中有机质和磷资源的同步浓缩和定向分流，实现高效回收磷和降低成本的双赢；2.尤其是，本专利技术对促磷剂的组成和添加比例进行优化，能够避免促磷剂的促磷效果在热水解过程中被污泥有机大分子的水解反应所掩盖，同时还能够避免因纤维素、半纤维素溶解造成pH下降，促使污泥磷由固相向液相溶出而产生损失；3.此外，本专利技术还对热水解处理的温度以及磷提取的反应条件进行优化，利用促磷剂辅助低温热水解，有效降低热水解反应条件，进而减少对热水解反应器材的要求。附图说明图1是本专利技术实施例构建的污泥综合处置及磷资源回收的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。按照本专利技术的一方面，提供了一种污泥综合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/nS1向待处理污泥中添加促磷剂并进行热水解，使得所述待处理污泥中的有机磷转化为无机磷，进而得到热水解产物，其中所述促磷剂为半纤维素和/或含有半纤维素的有机质粉末；/nS2对所述热水解产物进行固液分离，得到液相产物、有机固相产物和无机固相产物；/nS3对所述无机固相产物中的磷进行提取回收，以此完成污泥综合处置及磷资源回收。/n

【技术特征摘要】
1.一种污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1向待处理污泥中添加促磷剂并进行热水解，使得所述待处理污泥中的有机磷转化为无机磷，进而得到热水解产物，其中所述促磷剂为半纤维素和/或含有半纤维素的有机质粉末；
S2对所述热水解产物进行固液分离，得到液相产物、有机固相产物和无机固相产物；
S3对所述无机固相产物中的磷进行提取回收，以此完成污泥综合处置及磷资源回收。


2.如权利要求1所述的污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，所述促磷剂还包括纤维素和/或含有纤维素的有机质粉末，所述促磷剂中半纤维素的质量分数为10％～100％，所述纤维素的质量分数为0％～70％。


3.如权利要求1所述的污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，所述促磷剂的投加量为所述待处理污泥干基重量的0.2％～30％，所述促磷剂的粒径为20目～250目。


4.如权利要求1所述的污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，步骤S1中，热水解处理的温度为60℃～200℃，热水解处理的时间为10min～60min；优选的，热水解处理的温度为60℃～160℃，热水解处理的时间为10min～20min。


5.如权利要求1所述的污泥综合处置及磷资源回收的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，邓红苹，金明灏，肖涵，汪家兴，胡红云，姚洪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42