一种城市污水污泥增压水热合成蓝铁矿磷资源的回收方法

本发明涉及一种城市污水污泥磷资源回收方法，属于有机固体废弃物资源化利用。

背景技术：

1、磷作为维持动植物生长所必需的营养元素，是一种不可再生资源；同时，过量的磷进入水体会引起富营养化污染。因此，磷资源回收意义重大。城镇污水处理厂是重要的“磷汇”之一，污水中的磷最终富集于污水污泥中。因此，如何从污泥中高效回收磷资源成为研究热点之一。同时，污泥中含有ca2+、mg2+、al3+和fe3+等多种金属离子，影响污泥中磷的形态，而其形态直接决定了污泥中磷回收产物的品质。

2、目前可以通过酸碱溶解、电渗析、焚烧、热解、热水解、厌氧消化和水热处理等方法或者前述方法的组合方式从污泥或污泥焚烧灰渣中回收磷资源。磷回收产物主要有鸟粪石、蓝铁矿、羟基磷灰石和富磷灰渣/生物炭等。蓝铁矿经济价值高，可以作为磷肥使用，还是磷酸铁锂电池的生产原料。因此，以蓝铁矿形式回收污泥中磷资源前景广阔。

3、目前，已有研究通过酸碱溶液浸提原始污泥或者污泥焚烧灰渣，获得富磷浸提液，之后通过结晶形成蓝铁矿；或者通过厌氧消化过程中微生物还原和结晶生成蓝铁矿。但上述技术存在微生物还原反应周期长(20～30天)、还原速率低；药耗高、生产成本高等不足。因此，亟需开发一种以蓝铁矿形式回收污泥磷资源的新方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何以蓝铁矿形式回收污泥中的磷资源。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种城市污水污泥增压水热合成蓝铁矿磷资源的回收方法，包括以下步骤：

3、步骤1)：将湿污泥与去离子水混合后加入到水热反应器中；

4、步骤2)：使用高压防爆管连接气瓶与阀门，在水热反应器中通入气体增加其内部的初始压力，设定水热温度和水热停留时间后，进行增压水热反应合成蓝铁矿，得到水热产物；

5、步骤3)：将步骤2)获得的水热产物进行固液分离，得到含蓝铁矿水热产物；

6、步骤4)：将步骤3)所得含蓝铁矿水热产物进行磁力分离，获得蓝铁矿，并冷冻干燥，得到纯蓝铁矿粉末。

7、优选地，步骤1)中，所述湿污泥为来自污水处理厂含水率为70～90％的机械脱水污泥。

8、优选地，步骤1)中，所述去离子水为氮气或氩气曝气去离子水，且溶解氧含量低于5％。

9、优选地，步骤1)中，所述湿污泥与去离子水的固液质量比为1：1～1：20。

10、优选地，步骤2)中，所述水热反应器内部的初始压力为0.1～6.0mpa，水热反应的温度为70～200℃，水热停留的时间为0.5～8小时。

11、优选地，步骤2)中，所述固液分离为离心分离、真空抽滤分离或机械压滤分离。

12、优选地，所述回收方法具体为：将含水率为80％的湿污泥与氮气曝气去离子水(溶解氧含量低于5％)以固液质量比1：10混合加入水热反应器中，使用高压防爆管连接气瓶与阀门，通入氮气增加反应器内初始压力至1mpa，设定水热温度为110℃和水热停留时间为4小时，进行增压水热合成蓝铁矿，得到水热产物，并进行转速为9000r/min的离心分离15分钟，得到含蓝铁矿水热产物；再通过磁力分离，获得蓝铁矿，并真空冷冻干燥24小时，得到纯蓝铁矿粉末。

13、本发明针对当前蓝铁矿微生物还原速率低、制备周期长、酸碱试剂消耗量大等技术问题，提出一种增压水热方法合成蓝铁矿，提高污泥中碳水化合物和蛋白质等有机物的分解速率，促进有机酸等具有还原能力的有机物产生，从而在惰性氛围内促进三价铁还原为二价铁，结晶生成蓝铁矿。该方法可以有效缩短蓝铁矿的制备周期(0.5～8小时)，反应过程不使用任何酸碱试剂，具有绿色环保低能耗的特点，为污泥磷资源回收提供了新途径。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明提供的污泥增压水热方法，所获得水热产物的磷形态分布和xrd谱图说明，本发明能够有效地制备出蓝铁矿，弥补了现有蓝铁矿制备方法周期长、酸碱试剂使用量大等不足，为污泥磷资源回收提供了新方法。

技术特征：

1.一种城市污水污泥增压水热合成蓝铁矿磷资源的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤1)中，所述湿污泥为来自污水处理厂含水率为70～90％的机械脱水污泥。

3.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤1)中，所述去离子水为氮气或氩气曝气去离子水，且溶解氧含量低于5％。

4.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤1)中，所述湿污泥与去离子水的固液质量比为1：1～1：20。

5.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤2)中，所述水热反应器内部的初始压力为0.1～6.0mpa，水热反应的温度为70～200℃，水热停留的时间为0.5～8小时。

6.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤2)中，所述固液分离为离心分离、真空抽滤分离或机械压滤分离。

技术总结
本发明公开了一种城市污水污泥增压水热合成蓝铁矿磷资源的回收方法：将湿污泥与去离子水混合后加入到水热反应器中；在水热反应器中通入气体增加其内部的初始压力，设定水热温度和水热停留时间后，进行增压水热反应合成蓝铁矿，得到水热产物；将获得的水热产物进行固液分离，得到含蓝铁矿水热产物；将所得含蓝铁矿水热产物进行磁力分离，获得蓝铁矿，并冷冻干燥，得到纯蓝铁矿粉末。本发明利用增压水热方法制备蓝铁矿，可以在惰性环境内加速污泥中碳水化合物和蛋白质等有机物分解，促进三价铁还原为二价铁，并与磷结晶形成蓝铁矿，有效缩短了蓝铁矿制备周期，过程可控，制备过程无需使用酸碱试剂，生成成本低，绿色环保。

技术研发人员：郑晓园,应芝,冯昱恒,王波,豆斌林
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17