一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法和系统技术方案

本发明专利技术属于污泥处理技术领域，具体公开了一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法和系统，方法步骤包括：首先向湿污泥中投入固磷剂混合；之后对混合物进行预热；然后将预热的混合物进行热水解反应，反应中实时监测反应混合物的吸光度，根据吸光度判断是否得到热水解产物；将热水解产物进行闪蒸，将闪蒸蒸汽用于进行下次回收磷预热，将闪蒸产物进行机械脱水；将脱水后的脱水泥饼焚烧得到焚烧灰；将焚烧灰进行酸浸得到酸浸产物；再将酸浸产物进行固液分离，并将分离出的液体进行一段时间的沉淀，沉淀后再过滤，即可得到一定纯度的含磷结晶产物。本发明专利技术能够实现高效回收磷和避免前端设备腐蚀及二次污染的效果。前端设备腐蚀及二次污染的效果。前端设备腐蚀及二次污染的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法和系统


[0001]本专利技术属于污泥处理
，更具体地，涉及一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法和系统。

技术介绍

[0002]磷作为一种不可再生资源，是非常重要的工农业矿物原料。磷在自然循环中有超60％汇集于污泥。欧美发达国家为应对已经出现的磷危机，开发了一系列从污水/污泥中回收磷的工艺并用于工程。因此在磷矿石资源短缺和含磷污泥大量产生的现状下，需要人为从含磷污泥中再次回收磷以缓解磷短缺。
[0003]从污泥中回收磷目前主要分为从湿污泥中回收磷和从污泥焚烧灰中回收磷两种方式，现有技术大多从湿污泥中回收磷，但污泥焚烧灰中磷含量较高，被认为是第二磷源，其现行回收方式为先利用酸浸将焚烧灰中包括磷在内的无机元素浸出到液相，浸出液经阳离子交换树脂处理去除其中大部分阳离子杂质后，外加氮源和镁源的方式来合成鸟粪石产物。例如，CN201910371594.X公开了一种从污泥焚烧灰中回收及纯化磷的方法，该方法对污泥焚烧灰进行酸洗后，对上清液进行电化学纯化，电化学反应后的所述阳极液为已纯化磷酸根的溶液。CN202010363297.3公开了一种用于回收污泥焚烧灰渣中磷的浸提装置及方法，该装置的混合部件能够显著提高污泥焚烧灰烬与硫酸溶液的混合效率，有利于提高酸浸液中磷的含量。CN202010747296.9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混合反应，再用碱液调节浸出液，最后加入吸附剂进行磷的吸附。但是现有污泥磷的浸出回收技术均面临几个问题。问题一，污泥含水率高且水分脱水困难，湿污泥磷含量低，回收经济性较差；问题二，若采用从污泥焚烧灰中回收磷，有机磷在焚烧中完全挥发损失，回收效率低；问题三，现有污泥在回收预处理阶段往往会引入过量的酸碱药剂，能量消耗和成本高，且处理不当会造成设备腐蚀和二次污染问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法和系统，用于解决现有污泥焚烧灰提磷技术回收效率差、且存在前端设备腐蚀和二次污染等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，该方法包括如下步骤：
[0006]S1、将待处理污泥与固磷剂混合，使混合物液相的pH处于预设pH值范围内，并将混合物预热，然后将预热后的混合物加热至预设水解温度，并在第一预设时间内进行热水解反应；
[0007]S2、在第一预设时间内的热水解反应过程中，实时监测液相产物的pH值，并基于实时pH值调整所述固磷剂的投入量，使污泥液相的pH值维持在预设pH值范围内；同时，实时监测液相产物的吸光度，并基于吸光度确定热水解反应的停止时刻，热水解反应停止后获得
热水解产物；
[0008]S3、将步骤S2中得到的热水解产物闪蒸获得闪蒸蒸汽和闪蒸产物，其中闪蒸蒸汽用于下次回收磷时对混合物预热，而闪蒸产物则进行压滤脱水得到固相产物；
[0009]S4、对所述固相产物进行焚烧获得焚烧灰，再将焚烧灰进行酸浸，以提取富磷上清液；
[0010]S5、在步骤S4中提取的富磷上清液中加入沉淀剂进行沉淀后再过滤，以得到含磷结晶物。
[0011]进一步地，步骤S2中基于吸光度确定热水解反应的停止时刻的方法为：
[0012]S201、若在所述第一预设时间内，实时吸光度达到预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；
[0013]S202、若所述第一预设时间结束，实时吸光度仍未达到预设吸光度，则根据实时吸光度调整水解温度，并延长时间继续进行热水解反应；
[0014]S203、若延长时间内的热水解反应中,实时吸光度达到所述预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；
[0015]S204、若延长时间内的热水解反应结束，实时吸光度仍未达到所述预设吸光度，则再次增加固磷剂的投加量后进行热水解反应；
[0016]再次热水解反应过程中：若实时吸光度达到预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；若实时吸光度仍未达到预设吸光度，则重复增加固磷剂进行热水解反应的步骤，直至实时吸光度达到预设吸光度，并获得热水解产物。
[0017]进一步地，所述固磷剂可优选为有机酸，则其浓度优选为0.02M
‑
4M，其投加固液比优选为30mL/g
‑
100mL/g；所述固磷剂也可优选为含半纤维素的有机质粉末，则其初始投加量优选为待处理污泥干基重量的1％
‑
30％，所述半纤维素的含量至少占有机质粉末的20％。
[0018]进一步地，步骤S1中，所述预设水解温度优选为90℃
‑
190℃，所述第一预设时间优选为10min
‑
60min。
[0019]进一步地，步骤S2中，所述预设吸光度优选为0.6
‑
0.9，且当所述第一预设时间结束，实时吸光度仍未处于0.6
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0.9内时，所述水解温度优选调整至200℃
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250℃内，后续热水解反应优选进行15min
‑
30min。
[0020]进一步地，步骤S3中，对所述固相产物进行焚烧时，焚烧温度优选设定为700℃
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1000℃，焚烧时间优选为0.5h
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2h。
[0021]进一步地，步骤S4中，将焚烧灰进行酸浸时，采用的酸溶液的液固比优选为20mL/g
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50mL/g，pH优选为3.0
‑
3.5，酸浸时间优选为3h
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16h，酸溶液的种类优选采用0.04M
‑
0.4M的硫酸、0.08M
‑
0.6M的硝酸或0.10M
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1.0M的草酸。
[0022]进一步地，步骤S5中优选采用氯化钙作为沉淀剂，所述氯化钙的钙磷摩尔比优选为2.0
‑
2.5：1，加入氯化钙的富磷上清液的pH优选调节为为9.0
‑
10.0，沉淀时间优选为3h
‑
18h。
[0023]进一步地，步骤S5中优选采用氯化镁作为沉淀剂，所述氯化镁的镁磷摩尔比优选为1
‑
1.5：1,加入氯化镁的富磷上清液的pH优选调节为8.0
‑
9.5，沉淀时间优选为5h
‑
1d。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，还公开一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的
系统，所述系统运行时用于实现如前任一所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，所述系统包括预处理装置、焚烧酸浸装置和沉淀回收装置，其中：
[0025]所述预处理装置包括通过管道依次连接的热水解模块和机械板框压滤模块，所述热水解模块上还设置有污泥预热单元、吸光度
‑
pH实时监测单元和闪蒸单元，其中：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、将待处理污泥与固磷剂混合，使混合物液相的pH处于预设pH值范围内，并将混合物预热，然后将预热后的混合物加热至预设水解温度，并在第一预设时间内进行热水解反应；S2、在第一预设时间内的热水解反应过程中，实时监测液相产物的pH值，并基于实时pH值调整所述固磷剂的投入量，使污泥液相的pH值维持在预设pH值范围内；同时，实时监测液相产物的吸光度，并基于吸光度确定热水解反应的停止时刻，热水解反应停止后获得热水解产物；S3、将步骤S2中得到的热水解产物闪蒸获得闪蒸蒸汽和闪蒸产物，其中闪蒸蒸汽用于下次回收磷时对混合物预热，而闪蒸产物则进行压滤脱水得到固相产物；S4、对所述固相产物进行焚烧获得焚烧灰，再将焚烧灰进行酸浸，以提取富磷上清液；S5、在步骤S4中提取的富磷上清液中加入沉淀剂进行沉淀后再过滤，以得到含磷结晶物。2.如权利要求1所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其特征在于，步骤S2中基于吸光度确定热水解反应的停止时刻的方法为：S201、若在所述第一预设时间内，实时吸光度达到预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；S202、若所述第一预设时间结束，实时吸光度仍未达到预设吸光度，则根据实时吸光度调整水解温度，并延长时间继续进行热水解反应；S203、若延长时间内的热水解反应中,实时监测得到的吸光度达到所述预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；S204、若延长时间内的热水解反应结束，实时监测得到的吸光度仍未达到所述预设吸光度，则再次增加固磷剂的投加量后进行热水解反应；若热水解反应过程中，实时吸光度达到预设吸光度，则停止热水解反应，获得热水解产物；若实时吸光度仍未达到预设吸光度，则重复增加固磷剂进行热水解反应的步骤，直至实时吸光度达到预设吸光度，获得热水解产物。3.如权利要求1
‑
2任一所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其特征在于，所述固磷剂优选为有机酸，其浓度优选为0.02M
‑
4M，其投加固液比优选为30mL/g
‑
100mL/g；所述固磷剂优选为含半纤维素的有机质粉末，其初始投加量优选为待处理污泥干基重量的1％
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30％，所述半纤维素的含量至少占有机质粉末的20％。4.如权利要求1所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其特征在于，步骤S1中，所述预设水解温度优选为90℃
‑
190℃，所述第一预设时间优选为10min
‑
60min。5.如权利要求1
‑
4任一所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其特征在于，步骤S2中，所述预设吸光度优选为0.6
‑
0.9，且当所述第一预设时间结束，实时吸光度仍未处于0.6
‑
0.9内时，将水解温度优选调整至200℃
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250℃内，后续热水解反应优选进行15min
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30min。6.如权利要求1所述的一种污泥改性固磷及基于焚烧灰酸浸回收磷的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，许莹莹，金明灏，孙志远，郭欣杰，姚洪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：