專利名稱：一種利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市污泥資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，具體涉及一種利用白云石提供鈣鎂源以沉淀法從城市污泥厭氧消化液中回收磷資源的方法。
背景技術(shù)：
磷是生命形式不可缺少的營養(yǎng)元素，從其自然循環(huán)過程來看，磷又是一種不可再生、不可替代的資源。在我國，富磷礦僅能維持使用10 15年，國土資源部已將磷礦列為 2010年后不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的20種礦種之一。同時磷又是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素之一。隨著人們生活水平的提高，城市污水中氮、磷等營養(yǎng)元素越來越高。污水如不經(jīng)適當(dāng)處理而排放，一方面會造成磷資源的浪費，加劇現(xiàn)有磷礦資源短缺和磷的需求量高之間的矛盾，另一方面大量的氮、磷營養(yǎng)元素匯入水體，會加重水體營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引起藻類瘋長，從而加速水體老化進(jìn)程，使水體失去原有經(jīng)濟(jì)價值。城市污水處理廠生物處理系統(tǒng)中多利用聚磷菌的好氧吸磷和厭氧釋磷特性，將污水中的磷富集到剩余污泥中形成富磷污泥；在污泥的厭氧消化過程中，大量的可溶性磷又被釋放到厭氧消化液中，當(dāng)厭氧消化液返回到生物處理系統(tǒng)進(jìn)行處理時，會加重處理系統(tǒng)的營養(yǎng)負(fù)荷。因此，通過適當(dāng)?shù)墓に嚪椒◤某鞘形勰鄥捬跸褐谢厥樟祝粌H可以降低污水處理系統(tǒng)的營養(yǎng)負(fù)荷，保證出水水質(zhì)，減輕水體富營養(yǎng)化程度，而且可以實現(xiàn)污水污泥中磷資源的循環(huán)利用，是磷資源可持續(xù)利用的一種有效途徑。據(jù)文獻(xiàn)報道，目前國內(nèi)外對于磷回收的工藝方法研究較多，主要可分為沉淀法、結(jié)晶法、吸附法、離子交換法等。這些方法或磷回收率不高，或回收產(chǎn)物的含磷率低，或回收工藝復(fù)雜和回收成本較高而未能得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外研究和應(yīng)用最多的是以磷酸鈣鹽沉淀和磷酸銨鎂結(jié)晶形式進(jìn)行磷回收。國內(nèi)汪慧貞等研究以磷酸鈣鹽形式回收污水處理廠厭氧段上清液中磷，控制PH9. 3 9. 5時， 磷回收率達(dá)到80% ；魏源送等采用酸化與微波輻射結(jié)合處理污泥，獲得正磷和總磷濃度分別為53mg/L和M9mg/L的富磷上清液，向富磷上清液中投加氯化鈣以磷酸鈣結(jié)晶法回收磷，磷回收率約98%;項學(xué)敏等采用熱酸組合法處理污泥以釋放磷，并以海水作為鎂源同時投加氯化銨以磷酸銨鎂形式回收富磷上清液中的磷，正磷回收率可達(dá)94. 89% ；Battistoni 等研究以海水作為鎂源回收污泥脫水上清液中的磷和氮，不需要投加化學(xué)藥劑，約70%的溶解性磷酸鹽能夠沉淀回收；Kim等研究利用鋼渣粉末作為晶種誘導(dǎo)富磷的污泥脫水上清液形成羥基磷灰石結(jié)晶回收磷，在初始正磷濃度為72. 9mg/L、反應(yīng)pH為6. 8 7. 6時，磷回收率達(dá)到52. 4%ο綜上所述，以上磷回收方法主要存在以下幾點問題(1)投加鈣鹽或鎂鹽及鈣鎂的氧化物或氫氧化物以磷酸銨鎂或磷酸鈣鹽形式回收富磷清液中的磷，藥劑成本較高；利用工業(yè)廢棄物如粉煤灰浸出液提供鈣源回收厭氧消化液中磷，厭氧消化液中氮沒有得到回收；(2)以海水作為鎂源同時回收磷和氮，若不投加化學(xué)藥劑，則富磷清液的磷回收率不高；若投加氯化銨，則增加了磷回收藥劑成本；(3)誘導(dǎo)結(jié)晶法回收富磷清液中的磷，磷的回收率較低，回收產(chǎn)物含磷率低。因此，采用廉價的鈣鎂源降低磷回收成本，提高磷回收率的同時獲得含磷率高的回收產(chǎn)物以及回收磷的同時回收氮等問題已成為沉淀法回收磷的研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，以富含鈣和鎂并且廉價易得的原料白云石為城市污泥厭氧消化液的磷回收提供所需的鈣源和鎂源，降低磷回收藥劑成本，回收厭氧消化液中的磷的同時回收部分氮，獲得高的磷回收率且回收產(chǎn)物含磷率高。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 一種利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，包括以下步驟
(1)粉碎白云石，選取目數(shù)不小于30目的白云石顆粒；對城市污泥厭氧消化液進(jìn)行過濾，獲得濾后厭氧消化液；
(2)將步驟(1)中目數(shù)不小于30目的白云石顆粒和濾后厭氧消化液混合，控制pH 4. 0 4. 5，攪拌反應(yīng)，過濾，獲得鈣離子和鎂離子濃度分別不低于1000mg/L和500mg/L的溶出液；
(3)再調(diào)節(jié)步驟(2)中的溶出液pH至8.0 10. 0，反應(yīng)10 30min，然后過濾，獲得沉淀物及上清液；103 105°C下，烘干沉淀物獲得第一步磷回收產(chǎn)物；
(4)城市污泥厭氧消化液經(jīng)過濾后再調(diào)節(jié)pH至4.0 4. 5進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的厭氧消化液；
(5)按投加鈣磷摩爾比0.10 0.70 1投加步驟(3)中的上清液到步驟(4)中的預(yù)處理后的厭氧消化液中，獲得混合液；調(diào)節(jié)混合液pH至8. 5 10. 0，反應(yīng)10 30min，然后過濾獲得沉淀物；103 105°C下，烘干沉淀物獲得第二步磷回收產(chǎn)物。其中，步驟(1) 步驟(5)均在室溫下進(jìn)行，室溫為15 25°C。步驟(1)中，優(yōu)選的白云石顆粒目數(shù)范圍為30 50目。采用中速定性濾紙過濾去除城市污泥厭氧消化液中部分懸浮物和有機(jī)質(zhì)。步驟(2)中，若溶出液的鈣離子和鎂離子濃度分別小于1000mg/L和500mg/L，則磷回收率降低，且第一步磷回收后的上清液鈣鎂離子濃度較低，不利于第二步磷回收；若溶出液的鈣離子和鎂離子濃度過高，則回收產(chǎn)物含磷率降低；優(yōu)選的溶出液中鈣離子和鎂離子濃度分別為1220 1630mg/L禾口 510 725mg/L。步驟(2)和步驟(4)中，采用濃度2. 0 3. 0mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH。步驟(3)中，pH范圍為8. 5 9. 0。步驟(3)中，厭氧消化液的磷回收率為97. 27 99. 86% ；第一步磷回收產(chǎn)物主要為磷酸鈣鹽沉淀，含磷率以P2O5計為26. 01 38. 95%。步驟(2) 步驟(5)中，均采用孔徑為0. 45微米的混纖濾膜過濾。步驟(3)和步驟(5)中，采用濃度1. 0 2. Omol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH。步驟(5)中，投加鈣磷摩爾比為0. 20 0. 50 1 ;pH范圍為9. 0 9. 5。步驟(3)或步驟(5)中，第一步磷回收后的上清液中鈣離子和鎂離子濃度分別為1188. 86 1501. 29mg/L 和 481. 18 720. 63mg/L。步驟(5 )中，厭氧消化液中磷和氮的回收率分別為92.沈 98. 15%和9. 90 13. 86% ；第二步磷回收產(chǎn)物含磷酸鈣鹽和磷酸銨鎂，含磷率以P2O5計為38. 42 39. 58%，含氮率為0. 14 0. 45%ο白云石是地球上重要的鈣鎂資源，是碳酸鈣和碳酸鎂的復(fù)鹽，化學(xué)式為 CaCO3 -MgCO3,白云石遇冷稀鹽酸時會緩慢放出氣泡而溶于冷稀鹽酸。本發(fā)明所用的白云石的主要化學(xué)成分見下表。白云石主要化學(xué)成分(質(zhì)量百分含量，%)
權(quán)利要求
1.一種利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)粉碎白云石，選取目數(shù)不小于30目的白云石顆粒；對城市污泥厭氧消化液進(jìn)行過濾，獲得濾后厭氧消化液；(2)將步驟(1)中目數(shù)不小于30目的白云石顆粒和濾后厭氧消化液混合，控制pH 4. 0 4. 5，攪拌反應(yīng)，過濾，獲得鈣離子和鎂離子濃度分別不低于1000mg/L和500mg/L的溶出液；(3)再調(diào)節(jié)步驟(2)中的溶出液pH至8.0 10. 0，反應(yīng)10 30min，然后過濾，獲得沉淀物及上清液；103 105°C下，烘干沉淀物獲得第一步磷回收產(chǎn)物；(4)城市污泥厭氧消化液經(jīng)過濾后再調(diào)節(jié)pH至4.0 4. 5進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的厭氧消化液；(5)按投加鈣磷摩爾比0.10 0.70 1投加步驟(3)中的上清液到步驟(4)中的預(yù)處理后的厭氧消化液中，獲得混合液；調(diào)節(jié)混合液pH至8. 5 10. 0，反應(yīng)10 30min，然后過濾獲得沉淀物；103 105°C下，烘干沉淀物獲得第二步磷回收產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(1)中，白云石顆粒目數(shù)范圍為30 50目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中，采用中速定性濾紙過濾去除城市污泥厭氧消化液中部分懸浮物和有機(jī)質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(2)中，溶出液中鈣離子和鎂離子濃度分別為1220 1630mg/L和510 725mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(2)和步驟(4)中，采用濃度2. 0 3. Omol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(3)中，pH范圍為8. 5 9. 0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(2) 步驟(5)中，均采用孔徑為0. 45微米的混纖濾膜過濾。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(3)和步驟(5)中，采用濃度1. 0 2. 0mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(5)中，投加鈣磷摩爾比為0.20 0.50 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法，其特征在于步驟(5)中，pH范圍為9.0 9. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用白云石回收城市污泥厭氧消化液中磷的方法。該方法包括白云石顆粒與濾后厭氧消化液混合后在pH4.0～4.5下獲得富含鈣鎂離子的溶出液，該溶出液過濾后在反應(yīng)pH8.0～10.0下進(jìn)行第一步磷回收，獲得主要為磷酸鈣鹽的回收產(chǎn)物及上清液；第一步磷回收后的上清液作為鈣鎂源按投加鈣磷摩爾比0.10～0.70∶1投加到pH為4.0～4.5的預(yù)處理后的厭氧消化液中，在反應(yīng)pH8.5～10.0下獲得含磷酸鈣鹽和磷酸銨鎂的第二步回收產(chǎn)物。本發(fā)明利用白云石提供鈣鎂源分兩步回收城市污泥厭氧消化液中磷，同時回收部分氮，磷回收率高，產(chǎn)物含磷率高，藥劑成本低，為磷資源的可持續(xù)利用提供了經(jīng)濟(jì)有效的方法。
文檔編號C01B25/01GK102320583SQ20111020872
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者嚴(yán)偉, 何珣, 周倜, 張寅丞, 張怡, 楊旭, 梅翔, 王欣 申請人:南京林業(yè)大學(xué)