一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法技术

本发明专利技术公开了一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法，包括以下步骤：在曝气除磷池中投加亚铁盐，通过曝气对亚铁离子进行在线氧化，使磷以磷酸铁的形式沉淀，曝气后混合液通过膜过滤进行固液分离，沉淀物被膜截留，形成污泥混合液；将所得污泥混合液进行污泥浓缩；将产出的浓缩污泥进行厌氧反应，利用厌氧微生物降解污泥中的有机物；投加硫酸将处理后的污泥进行酸化，投加单质铁进行还原反应；一级分离得到少量固体残渣和含有亚铁离子与磷酸根离子的清液；向所得清液投加氢氧化钠，调节pH值；二级分离得到亚铁溶液和磷酸亚铁固体。本发明专利技术能够使除磷剂与磷同步回收，并获得高价值的磷酸亚铁产品。获得高价值的磷酸亚铁产品。获得高价值的磷酸亚铁产品。

【技术实现步骤摘要】
一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法


[0001]本专利技术涉及污泥资源化与水处理领域，特别是涉及一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法。

技术介绍

[0002]磷是不可再生的资源之一，是农业生产不可缺少的营养元素，据统计，80％以上的磷用于化肥生产。地球上可经济开采的无杂质磷矿仅够人类使用不足50年，“磷危机”已成为当今人类社会必须面对的重大危机之一。从含磷废水、固废中回收磷是解决“磷危机”的一个重要途径。在欧洲许多国家，污水厂的磷回收已成为法规强制要求。
[0003]通过化学沉淀方法回收磷是其资源化的主要方法，当前主流的磷回收技术，比如鸟粪石(MgNH4PO4·
6H2O)沉淀法，该方法需要投加镁盐或同时投加镁盐与铵盐，且需要较高的pH值(9～10)，从而需要投加碱度，该方法成本较高，且只适用于磷浓度较高的环境。再比如羟基磷灰石(Ca
10
(PO4)6(OH)2)沉淀法，该方法投加的化学药剂是氧化钙或氢氧化钙，药剂成本较低，但产生羟基磷灰石需要较高的pH值(8～10)，且钙磷比(Ca
2+
/PO
43
‑
)在4～6，因此，这一方法得到磷沉淀物夹杂较多氢氧化钙、碳酸钙，难以分离提纯。铝盐及三价铁盐是混凝除磷的主要化学药剂，具有同步实现混凝与除磷的效果，但其产生的化学污泥成分复杂，使磷的资源化回收难度大。
[0004]综上，回收成本与最终回收产品的纯度是制约磷回收效益的两大主要问题，也是当前技术存在问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法，能够使除磷剂与磷同步回收，并获得较高纯度的资源化产品，解决污水处理厂磷回收存在的成本较高或纯度较低的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法，包括以下步骤：
[0007]S1：氧化除磷与膜分离
[0008]在曝气除磷池中，按Fe/TP(总磷)摩尔比M为1.0～3.0投加亚铁盐，通过曝气对亚铁离子进行在线氧化，使磷以磷酸铁的形式沉淀，曝气后混合液通过膜过滤进行固液分离，氢氧化铁与磷酸铁等沉淀物被膜截留，形成污泥混合液；
[0009]所述曝气，其曝气量不低于0.15g O2/g Fe(II)；
[0010]所述在线氧化，调节其氧化过程pH≥7.0，氧化时间为0.5～1.5h；
[0011]所述膜过滤，膜截留的污泥混合液的污泥浓度控制在2～10g/L。
[0012]S2：沉淀浓缩
[0013]步骤S1所得污泥混合进行污泥浓缩，将污泥浓度提高至10g/L以上；
[0014]S3：有机物降解
[0015]将步骤S2产出的浓缩污泥进行厌氧反应，利用水解酸化菌、硫酸还原菌(SRB)、铁还原菌(IRB)等厌氧微生物降解污泥中的有机物，实现污泥有机组分的减量，厌氧反应的污泥停留时间(SRT)为1～10天；
[0016]S4：酸化还原
[0017]投加硫酸将步骤S3处理后的污泥进行酸化，调节其pH值为2.5～3.0，投加单质铁，进行还原反应，单质铁投加量Q＝2.7*F，F为酸化混合液中的正磷酸盐磷(PO4‑
P)含量(g/L)，控制还原反应的pH值不大于4.0；
[0018]所述单质铁的投加量可以补充磷酸亚铁沉淀所带走的铁含量，使溶液中剩余的亚铁回用后可满足前端除磷需求，无需额外补充亚铁，从而保持系统内亚铁的循环利用；
[0019]所述酸化反应和还原反应均在微负压(压力为
‑
0.01～
‑
0.03MPa)下进行，脱除酸化反应生成的CO2和H2S及还原反应产生的H2，解除CO
32
‑
与S2‑
对Fe
2+
的沉淀竞争作用；
[0020]所述酸化还原反应可取一点混合液后滴加几滴硫氰化钾(KSCN)作为指示剂，以判定三价铁是否完全还原。
[0021]S5：一级分离
[0022]酸化还原反应完成后，进行一级分离，分别得到少量固体残渣和含有亚铁离子与磷酸根离子的清液，所得残渣作为固废进行处理处置，所得清液作进一步的分离处理；
[0023]S6：pH调节
[0024]向一级分离所得清液投加氢氧化钠，调节其pH值至6.5～7.5，缓慢搅拌，反应1～2h，使磷酸盐以磷酸亚铁形式沉淀，而氢氧化亚铁仍为溶解态，使铁和磷得以分别回收利用，pH值调节与沉淀反应都在密封环境下进行，以隔绝氧气对亚铁的氧化作用；
[0025]S7：二级分离
[0026]完成磷酸盐的沉淀后，进行二级分离，分别得到亚铁溶液和磷酸亚铁固体，所得亚铁溶液回用于系统前端的氧化除磷反应中，实现亚铁的循环利用，所得磷酸亚铁固体是高价值工业原料。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028](1)本专利技术采用亚铁盐进行磷的去除，通过曝气实现在线氧化，提高其除磷效果，防止溶解性亚铁进入后续生化系统；曝气具有搅拌与氧化亚铁离子的双重功能，无需额外提供氧化剂，降低运营成本。
[0029](2)利用厌氧生物过程降解污泥有机物，实现污泥有机组分的减量，利用酸化、还原作用与两级固液分离同步回收磷与铁，则实现了污泥无机组分的减量化与资源化，因此，本专利技术通过有机组分与无机组分的协同减量化与资源化，极大减少了污泥的产量与处置成本。
[0030](3)步骤S3处理中，有机物的降解及硫酸还原作用，使得污泥混合液中溶入了大量CO2和H2S，形成碳酸盐和硫化物，其会与磷酸根竞争Fe
2+
，反应式如下：
[0031]S2‑
+Fe
2+
＝＝＝＝FeS
↓
[0032]CO
32
‑
+Fe
2+
＝＝＝＝FeCO3↓
[0033]步骤S4中的酸化可有效去除溶液中的碳酸盐与硫化物，消除其与磷酸根对Fe
2+
的竞争，反应式如下：
[0034]S2‑
+2H
+
＝＝＝＝H2S
↑
[0035]CO
32
‑
+2H
+
＝＝＝＝CO2↑
+H2O
[0036](4)步骤S4中投加的单质铁具有物料补充与铁还原双重作用，投加的单质铁补充了因回收磷酸亚铁所导致的系统内的铁流失，使回收的亚铁溶液可满足前端氧化除磷的需求，无需额外投加亚铁，同时，投加的单质铁也起到了还原污泥中三价铁的作用。
[0037](5)磷酸亚铁可作为生产肥料的原料或生产新能源电池的原材料，具有很高的市场价值，由于新能源行业的发展，磷酸铁价格达到20000元/吨以上，磷酸亚铁可以替代磷酸铁作为磷酸铁锂的生产原料，极大提高了本专利技术的应用效益。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：氧化除磷与膜分离在曝气除磷池中投加亚铁盐，通过曝气对亚铁离子进行在线氧化，使磷以磷酸铁的形式沉淀，曝气后混合液通过膜过滤进行固液分离，沉淀物被膜截留，形成污泥混合液；S2：沉淀浓缩将步骤S1所得污泥混合液进行污泥浓缩，将污泥浓度提高至10g/L以上；S3：有机物降解将步骤S2产出的浓缩污泥进行厌氧反应，利用厌氧微生物降解污泥中的有机物；S4：酸化还原投加硫酸将步骤S3处理后的污泥进行酸化，调节其pH值为2.5～3.0，投加单质铁，进行还原反应；S5：一级分离酸化还原反应完成后，进行一级分离，分别得到少量固体残渣和含有亚铁离子与磷酸根离子的清液，所得清液作进一步的分离处理；S6：pH调节向一级分离所得清液投加氢氧化钠，调节其pH值至6.5～7.5，缓慢搅拌，反应1～2h，使磷酸盐以磷酸亚铁形式沉淀，而氢氧化亚铁仍为溶解态，使铁和磷得以分别回收利用；S7：二级分离完成磷酸盐的沉淀后，进行二级分离，分别得到亚铁溶液和磷酸亚铁固体，所得亚铁溶液回用于步骤S1的氧化除磷反应中，实现亚铁的循环利用。2.根据权利要求1所述的从污水厂化学除磷污泥中同步回收磷和铁的方法，其特征在于，在步骤S1中，按Fe/TP摩尔比M为1.0～3.0投加亚铁盐。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张河民，郭成洪，李松林，马旭永，林玉程，
申请(专利权)人：联合环境技术天津有限公司，
类型：发明
国别省市：