一种市政污泥焚烧渣全面资源化利用的方法与流程

1.本发明涉及污泥资源化利用技术领域，具体涉及一种市政污泥焚烧渣全面资源化利用的方法。


背景技术：

2.当前，我国的污泥处理处置方式主要包括卫生填埋、好氧堆肥、厌氧消化、污泥焚烧等，卫生填埋目前仍是我国最主要的污泥处置方式，污泥处理量占比超过60％。
3.污泥卫生填埋处置方式占用大量土地，而且容易带来地下水污染和大气污染等二次污染问题。好氧堆肥/土地利用技术能够实现污泥稳定化，但污泥还田对污泥中重金属和微量污染物要求高，堆肥产品出路窄，多数用于园林绿化等场合，但园林绿化难以消化每年巨大的污泥产量。而厌氧消化技术工艺路线长，投资大，因此对运行管理的要求非常高，而且消化后污泥仍需进一步处置。污泥焚烧是指将污泥在高温下充分燃烧，污泥中的有机能转变为热能充分利用，污泥体积实现最大化减容，焚烧残渣体积仅为含水率为75％污泥体积的10％左右。该路径可以最大限度地实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化，是最彻底的污泥处理方式。随着我国现代化进程的发展，污泥焚烧处置方式将是今后我国污泥处理处置的重点发展方向，对于高效污泥焚烧技术和装备的需求也将大幅升高。
4.污泥中含有大量的磷元素，焚烧处置后主要留存在废渣中，质量占比最高可达10％。此外，污水处理厂在污水和污泥处理阶段投加了大量的铝盐及铁盐等药剂，绝大部分积累在污泥中，经焚烧后保留在废渣中。可见，污泥焚烧废渣中含有大量磷、铁、铝等元素，有较大的回收利用价值。当前污泥焚烧废渣资源化利用途径较为单一，主要是作为建材利用，附加值较低，因此，需要一种市政污泥焚烧渣全面资源化利用的方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种市政污泥焚烧渣中所含铁、铝、硅、磷进行全面资源化利用的方法，实现了解决背景技术中所提出问题的目的。
6.本发明为了实现上述目的，具体采用以下技术方案：一种市政污泥焚烧渣全面资源化利用的方法，用于对市政污泥焚烧渣进行全面化资源利用，包括以下步骤：
7.步骤s101，将市政污泥焚烧后得到的焚烧渣通过粉碎机进行粉碎；步骤s102，在粉碎后的焚烧渣中按照固液比为1:10-1:50的比例加入盐酸溶液，然后采用微波消解的方式处理后离心处理，得到第一阶段上清液以及第一阶段固体沉淀物；步骤s103，将第一阶段上清液ph值调节至4-6，然后离心处理得到含磷液体以及第二阶段固体沉淀物一；步骤s104，将第一阶段固体沉淀物干燥后，按照质量比为1:0.5-1:0.75的比例加入碳酸氢钠固体，然后经马弗炉焙烧后取出冷却，按照固液比为1:15的比例加入盐酸溶液后静置陈化1h，得到含活化硅酸的助凝剂溶液以及第二阶段固体沉淀物二；步骤s105，将第二阶段固体沉淀物一送至碱反应池中，加入氢氧化钠溶液后静置沉淀，然后离心处理得到含磷酸铁固体沉淀物以及第三阶段上清液；步骤s106，将第三阶段上清液送至处理罐，加入3mol/l的氯化钙溶
液后离心处理得到含磷酸钙固体沉淀物以及含偏铝酸钠液体。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.在步骤s102中：微波消解处理6-10min，且电磁波频率范围在300mhz-3000ghz区间，电磁波波长范围在1mm-1m区间。
10.步骤s103具体为：采用氢氧化钠固体或浓度为10mol/l的氢氧化钠溶液对第一阶段上清液的ph值进行调节；将含磷液体进入内部置有镧改性硅藻土的磷吸附剂的上流式流化床磷吸附装置，对含磷液体中的磷进行吸附回收。
11.步骤s104具体为：在第一阶段固体沉淀物干燥后按照质量比为1:0.5-1:0.75的比例加入碳酸氢钠固体后在马弗炉中800度焙烧1h；盐酸溶液浓度为6.5mol/l。
12.在步骤s105中：氢氧化钠溶液浓度为1mol/l。
13.本发明的有益效果为：通过对市政污泥焚烧渣的逐步处理，使得焚烧渣中的铁、铝、硅、磷元素等以化合物的形式出现并进行利用，以此达到对焚烧渣中所含的铁、铝、硅、磷进行全面资源化利用的目的。
附图说明
14.图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
15.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
16.参见图1，本发明公开了一种市政污泥焚烧渣全面资源化利用的方法，用于对市政污泥焚烧渣进行全面化资源利用，包括以下步骤：
17.步骤s101，将市政污泥焚烧后得到的焚烧渣通过粉碎机进行粉碎，粉碎后的焚烧渣便于进行反应。
18.步骤s102，在粉碎后的焚烧渣中按照固液比为1:10-1:50的比例加入盐酸溶液，然后采用微波消解的方式处理后离心处理(使金属转变为离子态稳定存在于液相)，得到第一阶段上清液以及第一阶段固体沉淀物；
19.焚烧渣与盐酸溶液的固液比根据盐酸溶液的浓度进行调节，若采用浓度为3.5mol/l的盐酸溶液，固液比为1:10，若采用浓度为1mol/l的盐酸溶液，固液比为1:50，在实际生产中应尽量采用浓度较高的盐酸溶液，以相对减少液体的投加量；
20.在步骤s102中，可将盐酸溶液替换为硝酸溶液或硫酸溶液，但硝酸和硫酸具有较强的氧化性，而盐酸中仅氢离子具有氧化性和酸性，且步骤s102的主要目的在于使金属转变为离子态稳定存在于液相中，且同时避免灰渣中出现其他的氧化还原反应，因此选择氧化性较小的盐酸溶液；
21.在步骤s102中，微波消解处理6-10min，且电磁波频率范围在300mhz-3000ghz区间，电磁波波长范围在1mm-1m区间，该电磁波频率范围、电磁波波长范围较好实现，且对人体无伤害，微波消解可促使固体物质表层快速破裂，加快可溶物质溶解于液相中；
22.微波消解的处理时间可根据处理液体的实际量来更改，实际量较少时，可适当缩短微波消解的处理时间，实际量较多时，可适当延长微波消解的处理时间。
23.步骤s103，将第一阶段上清液ph值调节至4-6(在该ph值条件下，磷酸铁、磷酸铝的溶解度最低，使得铁、铝、磷都将转变为固体物质沉淀下来)，然后离心处理得到含磷液体以及第二阶段固体沉淀物一；
24.采用氢氧化钠固体或浓度为10mol/l的氢氧化钠溶液对第一阶段上清液的ph值进行调节，采用氢氧化钠固体或高浓度氢氧化钠溶液可避免第一阶段上清液的总体积增加过多；
25.含磷液体中的含磷量较第二阶段固体沉淀物一中的含磷量较少，但仍具有一定的资源化利用价值，磷主要以磷酸根，磷酸氢根、磷酸二氢根的形式存在于含磷液体中，在对含磷液体进行资源化利用时，可将含磷液体通入内部置有镧改性硅藻土的磷吸附剂的上流式流化床磷吸附装置，从而对含磷液体中的磷进行吸附回收，镧改性硅藻土可首先对磷酸根的快速吸附，且可迅速达到吸附平衡(不会再向液相中释放磷酸根，液相和固相中的磷含量保持稳定)；
26.即在本步骤s103中，通过镧改性硅藻土的磷吸附剂的上流式流化床磷吸附装置对含磷液体中的磷进行吸附，通过改性硅藻土解吸试验和操作，使磷酸根解析于成分单纯的液体中，得到较为纯净的磷酸根(此技术为常见技术手段，因此不再做具体赘述)，以此达到对焚烧渣中磷资源的利用。
27.步骤s104，将第一阶段固体沉淀物干燥后，通过二氧化硅的含量来选择质量比为1:0.5-1:0.75的比例加入碳酸氢钠固体(当二氧化硅含量为80％时，加入质量比为1:0.5的碳酸氢钠固体；当二氧化硅含量为95％以上时，加入质量比为1:0.75的碳酸氢钠固体)，然后在马弗炉中800度焙烧1h后取出冷却(目的在于使得硅元素在高温条件下可与碳酸氢钠生成硅酸钠，800度在马弗炉中、实验室中、或者是污泥焚烧炉中均能容易达到，便于实现)，按照固液比为1:15的比例加入盐酸溶液后静置陈化1h(静置陈化1h后，固体沉淀明显，上清液中悬浮颗粒较少)，以使得内容物达到溶解平衡，从而得到含活化硅酸的助凝剂溶液以及第二阶段固体沉淀物二，并舍弃第二阶段固体沉淀物二；
28.由于第一阶段固体沉淀物全部为不溶于酸的物质，在步骤s104中，加碳酸氢钠焙烧后，其中的硅元素发生化学反应，其他物质不发生变化，硅元素经酸溶解后转化为活化硅酸，理论上还存在部分硅元素未反应完全，仍为固体形态，且其他不溶物质含量很少，不具备较好的资源化利用价值，因此将第二阶段固体沉淀物二舍去；
29.活化硅酸本身是一种助凝剂，可直接用于污水处理的混凝阶段，与混凝剂一同加入到污水中，可强化混凝效果，以此达到对焚烧渣中硅资源的利用；
30.采用固液比为1:15的6.5mol/l盐酸溶液的目的在于：首先中和未反应完全的碳酸氢钠，其次该比例和浓度的盐酸足以使焙烧后产物与氢离子反应完全，且盐酸的添加体积较小；试验得到该浓度的盐酸能够与焙烧产物完全反应，同时，由于生成活化硅酸的量是一定的，使用浓度大的盐酸可以减少酸液的体积，从而提高生成活化硅酸的浓度。
31.步骤s105，将第二阶段固体沉淀物一送至碱反应池中，加入1mol/l的氢氧化钠溶液后静置沉淀，然后离心处理得到含磷酸铁固体沉淀物以及第三阶段上清液；
32.加入氢氧化钠溶液的目的在于使得第二阶段固体沉淀物一的溶液ph值达到14，在该ph值环境中，铝可以完全溶解，且水解作用较弱；
33.在对含磷酸铁固体沉淀物进行提纯净化后(该技术为常见技术手段，因此不再做
具体赘述)，磷酸铁是蓝铁矿的主要成分，可将磷酸铁可以作为化工厂的生产原料，也可以作为锂电池的原料，生产磷酸铁锂电池，还可以作为原料生产磷肥、生产磷酸等，以此达到对焚烧渣中磷、铁资源的利用。
34.步骤s106，将第三阶段上清液送至处理罐，加入3mol/l的氯化钙溶液后离心处理得到含磷酸钙固体沉淀物以及含偏铝酸钠液体；
35.根据实验测得的灰渣中总磷含量，经过上述步骤后，上清液中的总磷含量可大致估算出来，加入一定体积的3mol/l的氯化钙可以使上清液中的磷酸根完全沉淀；
36.采用氯化钙溶液的目的在于，通过钙离子得到磷酸钙，且氯离子与灰渣中含量较高的金属离子不会产生沉淀，但采用含有硫酸根等的其他溶液可能会与铁、铝等金属离子产生沉淀，影响磷酸钙纯度；
37.磷酸钙为白色固体，即含磷产物，得到含磷酸钙固体沉淀物后，用水荡洗随后离心或沉淀后进行收集，磷酸钙可直接作为肥料利用，以此达到对焚烧渣中磷资源的利用；
38.偏铝酸钠可进一步制备聚合氯化铝(常见的方法是调节ph为酸性，特定温度和转速条件下，搅拌使偏铝酸钠反应生成氯化铝和氯化钠，再静置陈化1h以上，生成聚合氯化铝溶液，此技术为常见技术手段，不再作具体赘述)，以此达到对焚烧渣中铝资源的利用。
39.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
42.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。