[发明专利]一种从污泥或底泥中回收磷的方法在审
申请号: | 202111104732.1 | 申请日: | 2021-09-22 |
公开(公告)号: | CN113651438A | 公开(公告)日: | 2021-11-16 |
发明(设计)人: | 盛彦清;李长玉 | 申请(专利权)人: | 中国科学院烟台海岸带研究所;海岸带生态环境产业发展(烟台)有限公司 |
主分类号: | C02F7/00 | 分类号: | C02F7/00;C02F3/34;C02F3/02;C02F1/52;C02F11/04 |
代理公司: | 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 | 代理人: | 俞鲁江 |
地址: | 264003 山*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 污泥 底泥中 回收 方法 | ||
本发明涉及环境工程水处理及污泥资源化技术领域,具体公开一种从污泥或底泥中回收磷的方法,采用铁盐作为外加铁源投加到浓缩后的剩余污泥中,三价铁在污泥储存罐中发生还原反应生成亚铁离子,然后与污泥中的磷酸盐反应生成蓝铁矿,进而通过磁力分离装置分离以回收污泥中的磷;本发明利用污泥浓缩池和储存罐中的还原性环境,在较短时间内完成铁的还原及蓝铁矿结晶过程,从而无需额外的污泥消化装置就可以高效生成蓝铁矿;这为没有配备污泥消化装置的污水处理厂回收污泥中的磷提供了新选择,还提高了整体的工艺效率。
技术领域
本发明涉及环境工程水处理及污泥资源化技术领域,具体涉及一种从市政污泥或水体底泥中以蓝铁矿形式回收磷的新方法。
背景技术
磷是维持生物生命活动和现代农业生产不可或缺的元素之一。磷的地球化学循环属于典型的沉积循环,过程漫长。随着社会的发展,磷循环受到人类活动的干预越来越强烈,磷资源利用生命周期延长,磷消耗量增加,损失量加剧,循环系统被打破。特别是近半个世纪以来,磷矿石的开采量逐年增加,如我国近年的磷矿石开采量均在1.4亿t以上。磷酸盐产出率将在2030~2040年达到峰值,几十年后可能会出现全球磷短缺情况。而与此同时,我国每年约有0.29Mt的磷随污水进入污水厂或自然水体,其中进入污水厂的部分经生物强化除磷或化学除磷后,90%以上的磷会转移到剩余污泥中,而进入自然水体的部分,则绝大部分沉积或吸附在底泥之中。因此,用污水厂剩余污泥或水域底泥替代磷矿石来缓解磷供应短缺的问题,是经济可行、环境友好的方法。
近年来的研究表明,采用鸟粪石、羟基磷灰石等进行沉淀的方法,可从剩余污泥或底泥的上清液中获得可直接应用于农田的磷矿物质。然而,这两种结晶方式的回收成本较高,产物价值较低,操作条件复杂。而且回收效率只有30%-50%,和其他磷回收方式相比缺乏明显优势。蓝铁矿是一种稳定的磷-铁化合物,既可作为磷肥的生产原料,又能用于合成磷酸亚铁锂,在所有回收的磷酸盐中经济价值最高,具有良好的应用前景。
但目前的蓝铁矿磷回收路线主要是通过污泥或底泥在厌氧消化池中进行消化,将污泥或底泥中的磷释放到上清液中,再从上清液中结晶的方式回收。该路线一方面需要配备相应的污泥厌氧消化池,同时还需要外加结晶装置,条件要求较高,工艺复杂。同时磷释放过程所需的厌氧停留时间较长,且需要消除其他杂质离子对结晶的影响。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种以蓝铁矿形式从市政污泥或底泥中回收磷的简便方法。基于污泥中三价铁在厌氧环境下发生的还原作用,经过短时间的污泥贮存,利用三价铁还原生成的二价铁与磷酸盐反应,在污泥中原位生成蓝铁矿结晶。再利用蓝铁矿所具有的顺磁性,通过磁力分离的方式直接将其从污泥中分离出来。实现了直接从浓缩污泥中原位生成蓝铁矿,并一步分离产物的磷回收路线。
具体包括如下步骤:
(1)磷富集阶段:在污水处理厂曝气池中投加少量的铁盐,通过铁盐所形成络合物的混凝吸附作用及聚磷菌在好氧条件下的生物固定作用将污水中的溶解性磷富集到污泥中,同时进一步降低后续二沉池出水中的磷浓度;
(2)污泥调理阶段:将二沉池排放的剩余污泥与来自初沉池的污泥混合后进行重力浓缩,排掉上清液;将浓缩后的污泥转入储存罐中;测定浓缩污泥中的磷含量,根据相应的磷含量投加一定量的铁盐并持续搅拌,测定其pH和氧化还原电位(ORP),保持储存罐中的还原性环境;
(3)蓝铁矿形成阶段:利用污泥储存罐的厌氧环境,使存在于污泥固相和液相中的三价铁快速被还原为二价铁,并与释放的磷酸盐反应形成蓝铁矿结晶,根据铁的还原速率和蓝铁矿生成速率,在经过2-3d的储存后,污泥中大部分的磷可转化为蓝铁矿结晶的形式;
(4)结晶分离阶段:结晶完成后,污泥和蓝铁矿晶体的混合物泵送通过磁力分离装置,利用蓝铁矿自身所具有的顺磁性,将污泥与结晶分离,得到磷回收产物蓝铁矿。
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