一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法

本发明属于环境工程水处理及资源化，具体涉及一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法。

背景技术：

1、人类活动消耗的大部分磷最终会进入污水处理厂，其中超过90％的磷会富集在污泥中，因此污水污泥是一种富含磷酸盐的二级资源。目前污水处理厂的除磷方法主要有两种：强化生物除磷和化学除磷。除磷技术的主要产物有鸟粪石晶体、蓝铁石晶体、羟基磷灰石、磷酸钙等。

2、鸟粪石晶体回收氮磷的方法在实际应用中存在一些问题。首先只能沉淀污泥厌氧发酵液中较高浓度的氮磷。其次钙和铝的磷酸盐化合物往往会优先沉淀，导致鸟粪石的回收成本较高，磷回收率较低(50％以下)。此外，操作条件也比较复杂严苛，缺乏明显的优势。

3、研究表明，在污泥厌氧消化过程中，污泥中的微生物可将fe3+还原为fe2+，继而与污泥中磷酸盐形成蓝铁石(fe3(po4)2·8h2o)。当铁用量足够高时，蓝铁石可占消化污泥中磷含量的70-90％。由于蓝铁石具有较好的稳定性(ksp＝10-36)、可利用率和经济可行性，其作为一种很有前途的磷回收介质，受到越来越多的关注。

4、然而，从消化污泥中分离蓝铁石存在诸多技术难点。首先消化污泥成分复杂，是一种含有多种有机物和无机物的复杂混合物；有机物、矿物质和其他杂质的存在会阻碍蓝铁石的有效回收。其次，生成于消化污泥中的蓝铁石的粒径较小(10-100μm)。细小颗粒具有较高的比表面积，很容易与其他颗粒或污泥絮体相互作用形成聚合体，产生较强的粘滞阻力，进而阻碍蓝铁石的释放。另外，消化污泥自身存在的条件，如ph、温度和氧化还原电位等因素，都有可能影响蓝铁石的化学形成过程，导致形成其他化合物释放到溶液中。

5、现有技术提出可以通过磁分离、微生物异化铁还原和重力分离等方式从污泥中回收蓝铁石，但蓝铁石本身是典型的顺磁性矿物，磁性非常弱，磁分离难度较大；微生物培养过程繁琐，在实际污水处理过程中难以大规模实现；重力分离则需要较高的离心转速和大量的高密度重液，对设备要求较高，成本消耗较大且难以实现大规模处理。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，通过泡沫浮选方式对消化污泥中的蓝铁石颗粒与二氧化硅等杂质进行分离，可实现磷资源的高效分离回收，且分选出蓝铁石纯度较高，利用价值较高。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，包括如下步骤：将抑制剂和捕收剂加入含有蓝铁石颗粒的消化污泥中，浮选，得到含有蓝铁石颗粒的浮选污泥。

4、所述消化污泥具有以下指标特征：

5、ph范围在6-9之间，优选为8-9；

6、固体颗粒的粒径在10-100μm之间。

7、在实际处理应用中，消化污泥的固体含量越高越好，粘度越小越好，更有助于提高浮选效果。

8、所述抑制剂为硅酸钠；所述抑制剂的添加量为1～10ml/l，优选为5ml/l。

9、所述捕收剂为油酸；所述捕收剂的添加量为10～20g/l，优选为15g/l。

10、所述浮选为泡沫浮选。

11、所述浮选的工艺条件为：汽轮转速为2000～3000rpm/min，时间不超过2min。

12、所述方法还包括在将铁盐加入污水污泥中，沉淀分离，得到含有蓝铁石颗粒的消化污泥的步骤。

13、所述铁盐为二价铁盐和/或三价铁盐。所述消化污泥系统中，fe元素和p元素的摩尔比为(1.5-2)：1，优选为1.5：1。

14、所述方法中，在所述消化污泥系统的初沉、二沉，厌氧处理中的任一种处理中加入铁盐。优选地，在初沉、二沉和厌氧处理中加入铁盐。

15、本发明取得的有益效果如下：

16、1、本发明利用消化污泥系统中蓝铁石颗粒与消化污泥之间存在的亲疏水性差异特性，使用捕收剂提高蓝铁石的疏水性，使用抑制剂提高二氧化硅等其他杂质颗粒的亲水性，通过泡沫浮选方式对消化污泥中的蓝铁石颗粒与二氧化硅等杂质进行分离，可实现磷资源的高效分离回收。

17、2、与使用镁盐形成鸟粪石晶体进而回收的方法相比，本发明通过在消化污泥系统中投加更加廉价的铁盐，使污水污泥中磷酸盐形成蓝铁石颗粒，再通过投加药剂浮选分离得到含有蓝铁石颗粒的浮选污泥，可大大降低消化污泥中磷酸盐的回收成本。

18、3、泡沫浮选工艺具有操作简单、成本低、适应性强、环境影响小等优势，只需调整药剂种类和用量、充气量大小等参数即可实现蓝铁石的分离与回收，大大简化磷酸盐回收分离工艺；同时可通过调节捕收剂和抑制剂的用量调节改变蓝铁石等矿物颗粒的性质，进而处理性质不同的污泥，适应性广，可以大规模处理污水处理厂的污泥，极大的降低能耗成本，具有较高的经济效益。

19、4、本发明经浮选分离的蓝铁石的纯度较高，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述消化污泥具有以下指标特征：

3.根据权利要求1或2所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述抑制剂为硅酸钠；所述抑制剂的添加量为1～10ml/l。

4.根据权利要求1-3任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述捕收剂为油酸；所述捕收剂的添加量为10～20g/l。

5.根据权利要求1-4任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述浮选为泡沫浮选。

6.根据权利要求1-5任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述浮选的工艺条件为：汽轮转速为2000～3000rpm/min，时间不超过2min。

7.根据权利要求1-6任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述方法还包括在将铁盐加入污水污泥中，沉淀分离，得到含有蓝铁石颗粒的消化污泥的步骤。

8.根据权利要求1-7任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：所述铁盐为二价铁盐和/或三价铁盐；

9.根据权利要求1-8任一项所述的消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法，其特征在于：在所述消化污泥系统的初沉、二沉，厌氧处理中的任一种处理中加入铁盐。

技术总结
本发明公开了一种消化污泥系统中磷酸盐回收和产物分离方法。本发明利用消化污泥系统中蓝铁石颗粒与消化污泥之间存在的亲疏水性差异特性，使用捕收剂提高蓝铁石的疏水性，使用抑制剂提高二氧化硅等其他杂质颗粒的亲水性，通过泡沫浮选方式对消化污泥中的蓝铁石颗粒与二氧化硅等杂质进行分离，可实现磷资源的高效分离回收。

技术研发人员：孙德智,毕泗奇,程翔
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22