[发明专利]一种从市政污泥高效回收磷且同步制备多孔生物炭的方法

说明书

本发明属于污泥资源化领域，公开了一种从市政污泥高效回收磷且同步制备多孔生物炭的方法，该方法是先用铁盐改性市政污泥得到含铁污泥；接着，用含有碱金属元素的碱金属活化试剂活化含铁污泥，并对活化得到的污泥进行热解，从而得到污泥热解生物炭；最后，对污泥热解生物炭进行水浸处理，固液分离即可得到富磷溶液及多孔生物炭。本发明针对现有技术通过对方法整体流程工艺设计进行改进，利用铁盐改性污泥‑碱金属活化含铁污泥热解‑水浸磷回收的污泥资源化新方法，使污泥高效转化为富磷溶液和多孔生物炭功能材料，与现有技术相比能够有效解决现有市政污泥磷回收技术中磷回收效率不高、处理流程长、污泥有机物利用率低等问题。

技术领域

本发明属于污泥资源化领域，更具体地，涉及一种从市政污泥高效回收磷且同步制备多孔生物炭的方法。

背景技术

磷是生命体不可缺少的必要元素，同时也是一种不可自然再生的有限资源。磷矿资源开采后约80％被用于磷肥生产。摄入人体的磷，除少量被吸收外，绝大部分排泄到污水中。目前，大部分污水处理厂采用强化生物除磷工艺或者化学沉淀法处理含磷废水，绝大部分磷最终沉积于污泥中。从污泥中回收磷既可减少水体富营养化风险，又可使磷资源得到可持续利用，已成为国际热点议题。

市政污泥中磷存在形态复杂，一部分以无机金属磷酸盐包括磷酸铁、磷酸钙、磷酸铝等形式存在，一部分以有机磷形式包裹在污泥絮体中，难以直接进行回收。因此，污泥磷回收的关键是如何经济高效地将磷释放出来，从而为后续磷回收奠定基础。例如通过酸/碱预处理、水热、厌氧消化、污泥焚烧灰联合强酸浸出等方式将磷转移到液相，继而采用化学沉淀法、吸附法、鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O，磷酸铵镁)结晶法等从富磷液中回收磷。如专利CN101580334B中提出将污泥重力浓缩后采用酸化与常压微波辐射的方法对污泥中磷进行释放，得到富磷上清液再通过磷酸钙结晶法进行回收。但该液相释磷的方法较为复杂，磷释放效率不高，且分离磷后的污泥没有后续处置及资源化利用。专利CN 111646674A先将絮凝脱水后污泥进行焚烧，通过浸提剂对污泥焚烧灰中的磷进行浸提得到富磷溶液，后续通过提纯及镁盐沉淀得到磷回收产物。该方法中需要采用强酸对污泥焚烧灰中的磷进行浸提，磷释放率在80％左右，且污泥中的有机物没有得到有效资源化利用。也就是说，上述这些方法只注重磷回收，剩余污泥的资源化没有提及。

近年来，污泥热解技术可实现污泥的减量化、资源化和能源化，受到广泛关注。通过将污泥热解与磷回收结合起来，具有巨大环境和经济意义。如专利CN110255845B将污泥热解生物炭依次采用浸提剂I、浸提剂II和浸提剂III进行浸提，浸提液浓缩之后进行离子交换树脂分离得到富磷溶液，后续加入镁盐和铵盐合成鸟粪石，固体残渣通过水洗、烘干、水蒸气活化和金属离子负载改性得到功能性吸附材料。该方法需要用到强酸、络合剂、强氧化剂等浸提剂提取热解生物炭中的磷，且分离后的生物炭残渣还需后续活化，流程复杂，磷回收效率不高。

综上，现有污泥磷回收方法存在磷回收效率不高、处理流程长、污泥有机物利用率低等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种从市政污泥高效回收磷且同步制备多孔生物炭的方法，其中通过对方法整体流程工艺设计进行改进，利用铁盐改性污泥-碱金属活化含铁污泥热解-水浸磷回收的污泥资源化新方法，使污泥高效转化为富磷溶液和多孔生物炭功能材料，与现有技术相比能够有效解决现有市政污泥磷回收技术中磷回收效率不高、处理流程长、污泥有机物利用率低等问题。本发明结合污泥热解资源化及磷回收，并同步制备多孔生物炭功能材料，方法简单，得到的富磷溶液实现了磷的富集，磷回收效率可达90％以上，分离得到的含铁多孔生物炭可用作吸附剂或催化剂等功能材料，具有显著的经济和环境意义。