一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法。

背景技术：

截至2015年9月底，全国城镇累计建成污水处理厂3830座，污水处理能力已达到1.62亿m³/d，伴生的污泥已突破3000万t/年(含水率80％计)。根据住建部相关数据，近半数污泥未经过无害化处理。污泥问题已成为污水处理领域的瓶颈。

污泥具有含水率高、含有大量病原体和微生物等有害生物、重金属及有机物含量高等特点，若在排放前不经处理，则会对环境造成二次污染。传统的污泥处理方法都有一些缺点，如厌氧消化具有投资大、发酵时间长和产气率低等问题，好氧堆肥占地大且易产生有害气体，焚烧发电需要将污泥深度脱水，成本高。

水热碳化技术是生物质在封闭系统中，在相对较低的温度(180-250℃)与自生压力下维持一定的反应时间(2-6小时)，进行的温和的水热反应，可以将污泥转化成热值高、含含氧官能团以及磷元素丰富的水热炭。由于不受原料含水率的影响，工艺过程简单，故在能源消耗和生产控制上较传统的市政污泥处理技术具有明显的优势。

污水中90％的磷以不同形态存在于污泥中，通过水热碳化处理后，污泥中90％的磷存在于水热炭中，且与钙、铁、铝等金属以不同形态的磷结合，难溶于水，因此直接作为磷肥价值低，并且水热炭中虽然重金属逐渐趋于稳定态，但直接应用于农田，还存在一定风险。

目前，已有许多从厌氧消化液或者污泥焚烧灰中回收磷，并同时回收其他金属或重金属的方法，但从水热炭中回收各种资源的方法还未见报道。因此，需要一种从水热炭中回收磷的同时回收钙、铁、铝及重金属的方法，以增加资源的再循环利用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法，简单高效、低成本的实现回收污泥中的重金属、铁、铝、钙、磷。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥基水热炭用酸溶解，并分离不溶性物质，得到浸出液1；

(2)在浸出液1中投加硫化物，分离出重金属硫化物沉淀，得到浸出液2；

(3)在浸出液2中投加碱性物质，调节ph值至3～6，分离出铁铝磷酸盐沉淀，得到浸出液3；

(4)在铁铝磷酸盐沉淀中继续投加碱性物质，调节ph值至10～11，分离出氢氧化铁沉淀，得到浸出液6；

(5)将浸出液6与浸出液3混合，并投加石灰，调节ph值至11～12，分离出磷酸钙沉淀，得到浸出液4；

(6)在浸出液4中投加碳酸，调节ph值至9～10，分离碳酸钙沉淀，得到浸出液5；

(7)在浸出液5中投加酸，调节ph值至4～5，分离氢氧化铝，得到浸出液7。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，污泥基水热炭由以下方法制备：以市政污泥为原料，在220～260℃下水热碳化反应1～4小时，经固液分离得到的固相物质即为污泥基水热炭。

作为优选的技术方案，所述市政污泥为污水处理厂的初沉污泥、剩余污泥、厌氧消化污泥和脱水污泥中的一种或两种以上混合。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，酸为盐酸，将污泥基水热炭用盐酸溶解时，投加盐酸调节ph值至＜2。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，浸出液1中包含磷酸根、铁、铝、钙及重金属离子，并且磷酸根、铁、铝离子的摩尔量应满足p/(fe+al)＞1，若不满足，需额外投加磷源。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，硫化物为硫化钠。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)和步骤(4)中，碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾。

作为优选的技术方案，所述步骤(7)中，酸为盐酸。

作为优选的技术方案，所述步骤(4)分离出的氢氧化铁沉淀进一步转化成氯化铁或硫酸铁；所述步骤(5)分离出的磷酸钙沉淀进一步转化成磷酸一氢钙和磷酸二氢钙；所述步骤(7)分离出的氢氧化铝沉淀进一步转化成硫酸铝。

本发明的有益效果在于：

1、本发明研究发现，污泥经过水热碳化处理后，大部分有机磷转化为无机磷，主要以与铁、铝、钙结合态的非磷灰石态(naip)和磷灰石态(ap)为主，同时重金属主要以有机态和残渣态为主，因此本发明通过湿化学沉淀法回收污泥基水热炭中的重金属、铁、铝、钙、磷，以达到污泥资源化利用的目的。

2、本发明从水热炭中以优质的产品如磷酸钙、氢氧化铁、氢氧化铝及重金属硫化物的形式回收污泥中的重金属、铁、铝、钙、磷，并且其水热炭还能作为燃料，尽可能的实现资源化利用。

3、本发明回收的氢氧化铁和氢氧化铝可进一步制备成硫酸铁及硫酸铝，作为污水处理厂深度除磷的混凝剂。

4、本发明中磷回收率高，且磷酸钙纯度高，可进一步转化为磷酸一氢钙和磷酸二氢钙，可进一步制备肥料或动物饲料添加剂。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种从污泥基水热炭中回收磷及金属的方法，包括以下步骤：

步骤一：取某污水处理厂市政污泥400g(含水率85％)，经预处理后，在220℃下水热碳化反应3h，再通过冷却、分离、干燥，得到固相产物污泥基水热炭33.120g；

步骤二：将污泥基水热炭溶解于盐酸中，调节ph值至1左右，并分离不溶性物质，得到浸出液1，浸出液1中含有磷酸根、铁、铝、钙及重金属离子，并且磷过量，p/(fe+al)＞1；

步骤三：在浸出液1中投加硫化钠，分离出重金属硫化物沉淀0.044g(重金属硫化物可进一步钝化)，得到浸出液2，浸出液2中含有大量磷酸根、钙、铁、铝离子；

步骤四：在浸出液2中投加氢氧化钠，调节ph值至4左右，分离出铁铝磷酸盐沉淀4.729g，得到浸出液3，浸出液3中含有大量钙离子及少量磷酸根离子；

步骤五：在铁铝磷酸盐沉淀中继续投加氢氧化钠，调节ph值至10左右，分离出氢氧化铁沉淀2.007g(氢氧化铁沉淀可进一步转化成氯化铁或硫酸铁)，得到浸出液6，浸出液6中含有大量铝离子及磷酸根离子；

步骤六：将浸出液6与浸出液3混合，并投加石灰，调节ph值至11左右，分离出磷酸钙沉淀7.048g(磷酸钙沉淀可进一步转化成磷酸一氢钙和磷酸二氢钙)，得到浸出液4，浸出液4中含有大量铝离子及部分钙离子；

步骤七：在浸出液4中投加碳酸，调节ph值至10左右，分离碳酸钙沉淀1.800g，得到浸出液5，浸出液5中含有大量铝离子；

步骤八：在浸出液5中投加盐酸，调节ph值至4左右，分离氢氧化铝1.638g(氢氧化铝沉淀可进一步转化成硫酸铝)，得到浸出液7(浸出液7可进一步提取氯化物，或回收盐酸)。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。