专利名称：一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法
技术领域：
本发明属于城市污泥资源化技术领域，涉及回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，具体涉及一种利用白云石提供钙镁源以沉淀法从城市污泥厌氧消化液中回收磷资源的方法。
背景技术：
磷是生命形式不可缺少的营养元素，从其自然循环过程来看，磷又是一种不可再生、不可替代的资源。在我国，富磷矿仅能维持使用10 15年，国土资源部已将磷矿列为 2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿种之一。同时磷又是引起水体富营养化的主要因素之一。随着人们生活水平的提高，城市污水中氮、磷等营养元素越来越高。污水如不经适当处理而排放，一方面会造成磷资源的浪费，加剧现有磷矿资源短缺和磷的需求量高之间的矛盾，另一方面大量的氮、磷营养元素汇入水体，会加重水体营养物质负荷，导致水体富营养化，引起藻类疯长，从而加速水体老化进程，使水体失去原有经济价值。城市污水处理厂生物处理系统中多利用聚磷菌的好氧吸磷和厌氧释磷特性，将污水中的磷富集到剩余污泥中形成富磷污泥；在污泥的厌氧消化过程中，大量的可溶性磷又被释放到厌氧消化液中，当厌氧消化液返回到生物处理系统进行处理时，会加重处理系统的营养负荷。因此，通过适当的工艺方法从城市污泥厌氧消化液中回收磷，不仅可以降低污水处理系统的营养负荷，保证出水水质，减轻水体富营养化程度，而且可以实现污水污泥中磷资源的循环利用，是磷资源可持续利用的一种有效途径。据文献报道，目前国内外对于磷回收的工艺方法研究较多，主要可分为沉淀法、结晶法、吸附法、离子交换法等。这些方法或磷回收率不高，或回收产物的含磷率低，或回收工艺复杂和回收成本较高而未能得到广泛的应用。国内外研究和应用最多的是以磷酸钙盐沉淀和磷酸铵镁结晶形式进行磷回收。国内汪慧贞等研究以磷酸钙盐形式回收污水处理厂厌氧段上清液中磷，控制PH9. 3 9. 5时， 磷回收率达到80% ；魏源送等采用酸化与微波辐射结合处理污泥，获得正磷和总磷浓度分别为53mg/L和M9mg/L的富磷上清液，向富磷上清液中投加氯化钙以磷酸钙结晶法回收磷，磷回收率约98%;项学敏等采用热酸组合法处理污泥以释放磷，并以海水作为镁源同时投加氯化铵以磷酸铵镁形式回收富磷上清液中的磷，正磷回收率可达94. 89% ；Battistoni 等研究以海水作为镁源回收污泥脱水上清液中的磷和氮，不需要投加化学药剂，约70%的溶解性磷酸盐能够沉淀回收；Kim等研究利用钢渣粉末作为晶种诱导富磷的污泥脱水上清液形成羟基磷灰石结晶回收磷，在初始正磷浓度为72. 9mg/L、反应pH为6. 8 7. 6时，磷回收率达到52. 4%ο综上所述，以上磷回收方法主要存在以下几点问题(1)投加钙盐或镁盐及钙镁的氧化物或氢氧化物以磷酸铵镁或磷酸钙盐形式回收富磷清液中的磷，药剂成本较高；利用工业废弃物如粉煤灰浸出液提供钙源回收厌氧消化液中磷，厌氧消化液中氮没有得到回收；(2)以海水作为镁源同时回收磷和氮，若不投加化学药剂，则富磷清液的磷回收率不高；若投加氯化铵，则增加了磷回收药剂成本；(3)诱导结晶法回收富磷清液中的磷，磷的回收率较低，回收产物含磷率低。因此，采用廉价的钙镁源降低磷回收成本，提高磷回收率的同时获得含磷率高的回收产物以及回收磷的同时回收氮等问题已成为沉淀法回收磷的研究热点。
发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，以富含钙和镁并且廉价易得的原料白云石为城市污泥厌氧消化液的磷回收提供所需的钙源和镁源，降低磷回收药剂成本，回收厌氧消化液中的磷的同时回收部分氮，获得高的磷回收率且回收产物含磷率高。技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下 一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，包括以下步骤
(1)粉碎白云石，选取目数不小于30目的白云石颗粒；对城市污泥厌氧消化液进行过滤，获得滤后厌氧消化液；
(2)将步骤(1)中目数不小于30目的白云石颗粒和滤后厌氧消化液混合，控制pH 4. 0 4. 5，搅拌反应，过滤，获得钙离子和镁离子浓度分别不低于1000mg/L和500mg/L的溶出液；
(3)再调节步骤(2)中的溶出液pH至8.0 10. 0，反应10 30min，然后过滤，获得沉淀物及上清液；103 105°C下，烘干沉淀物获得第一步磷回收产物；
(4)城市污泥厌氧消化液经过滤后再调节pH至4.0 4. 5进行预处理，获得预处理后的厌氧消化液；
(5)按投加钙磷摩尔比0.10 0.70 1投加步骤(3)中的上清液到步骤(4)中的预处理后的厌氧消化液中，获得混合液；调节混合液pH至8. 5 10. 0，反应10 30min，然后过滤获得沉淀物；103 105°C下，烘干沉淀物获得第二步磷回收产物。其中，步骤(1) 步骤(5)均在室温下进行，室温为15 25°C。步骤(1)中，优选的白云石颗粒目数范围为30 50目。采用中速定性滤纸过滤去除城市污泥厌氧消化液中部分悬浮物和有机质。步骤(2)中，若溶出液的钙离子和镁离子浓度分别小于1000mg/L和500mg/L，则磷回收率降低，且第一步磷回收后的上清液钙镁离子浓度较低，不利于第二步磷回收；若溶出液的钙离子和镁离子浓度过高，则回收产物含磷率降低；优选的溶出液中钙离子和镁离子浓度分别为1220 1630mg/L禾口 510 725mg/L。步骤(2)和步骤(4)中，采用浓度2. 0 3. 0mol/L的盐酸溶液调节pH。步骤(3)中，pH范围为8. 5 9. 0。步骤(3)中，厌氧消化液的磷回收率为97. 27 99. 86% ；第一步磷回收产物主要为磷酸钙盐沉淀，含磷率以P2O5计为26. 01 38. 95%。步骤(2) 步骤(5)中，均采用孔径为0. 45微米的混纤滤膜过滤。步骤(3)和步骤(5)中，采用浓度1. 0 2. Omol/L的NaOH溶液调节pH。步骤(5)中，投加钙磷摩尔比为0. 20 0. 50 1 ;pH范围为9. 0 9. 5。步骤(3)或步骤(5)中，第一步磷回收后的上清液中钙离子和镁离子浓度分别为1188. 86 1501. 29mg/L 和 481. 18 720. 63mg/L。步骤(5 )中，厌氧消化液中磷和氮的回收率分别为92.沈 98. 15%和9. 90 13. 86% ；第二步磷回收产物含磷酸钙盐和磷酸铵镁，含磷率以P2O5计为38. 42 39. 58%，含氮率为0. 14 0. 45%ο白云石是地球上重要的钙镁资源，是碳酸钙和碳酸镁的复盐，化学式为 CaCO3 -MgCO3,白云石遇冷稀盐酸时会缓慢放出气泡而溶于冷稀盐酸。本发明所用的白云石的主要化学成分见下表。白云石主要化学成分(质量百分含量，%)
权利要求
1.一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)粉碎白云石，选取目数不小于30目的白云石颗粒；对城市污泥厌氧消化液进行过滤，获得滤后厌氧消化液；(2)将步骤(1)中目数不小于30目的白云石颗粒和滤后厌氧消化液混合，控制pH 4. 0 4. 5，搅拌反应，过滤，获得钙离子和镁离子浓度分别不低于1000mg/L和500mg/L的溶出液；(3)再调节步骤(2)中的溶出液pH至8.0 10. 0，反应10 30min，然后过滤，获得沉淀物及上清液；103 105°C下，烘干沉淀物获得第一步磷回收产物；(4)城市污泥厌氧消化液经过滤后再调节pH至4.0 4. 5进行预处理，获得预处理后的厌氧消化液；(5)按投加钙磷摩尔比0.10 0.70 1投加步骤(3)中的上清液到步骤(4)中的预处理后的厌氧消化液中，获得混合液；调节混合液pH至8. 5 10. 0，反应10 30min，然后过滤获得沉淀物；103 105°C下，烘干沉淀物获得第二步磷回收产物。
2.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(1)中，白云石颗粒目数范围为30 50目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中，采用中速定性滤纸过滤去除城市污泥厌氧消化液中部分悬浮物和有机质。
4.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(2)中，溶出液中钙离子和镁离子浓度分别为1220 1630mg/L和510 725mg/L。
5.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(2)和步骤(4)中，采用浓度2. 0 3. Omol/L的盐酸溶液调节pH。
6.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(3)中，pH范围为8. 5 9. 0。
7.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(2) 步骤(5)中，均采用孔径为0. 45微米的混纤滤膜过滤。
8.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(3)和步骤(5)中，采用浓度1. 0 2. 0mol/L的NaOH溶液调节pH。
9.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(5)中，投加钙磷摩尔比为0.20 0.50 1。
10.根据权利要求1所述的利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法，其特征在于步骤(5)中，pH范围为9.0 9. 5。
全文摘要
本发明公开了一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法。该方法包括白云石颗粒与滤后厌氧消化液混合后在pH4.0～4.5下获得富含钙镁离子的溶出液，该溶出液过滤后在反应pH8.0～10.0下进行第一步磷回收，获得主要为磷酸钙盐的回收产物及上清液；第一步磷回收后的上清液作为钙镁源按投加钙磷摩尔比0.10～0.70∶1投加到pH为4.0～4.5的预处理后的厌氧消化液中，在反应pH8.5～10.0下获得含磷酸钙盐和磷酸铵镁的第二步回收产物。本发明利用白云石提供钙镁源分两步回收城市污泥厌氧消化液中磷，同时回收部分氮，磷回收率高，产物含磷率高，药剂成本低，为磷资源的可持续利用提供了经济有效的方法。
文档编号C01B25/01GK102320583SQ20111020872
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者严伟, 何珣, 周倜, 张寅丞, 张怡, 杨旭, 梅翔, 王欣 申请人:南京林业大学