申请日2017.01.19
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F11/00; C02F11/18
摘要
本发明涉及一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法，属于污泥处置与资源化处理领域。包括如下步骤：将不含有Cr、Mn等有害重金属，也不含有铁等易于与磷产生沉淀的氧化剂，如H2O2、KClO3等与特定质量的高含固污泥在热水解浆化罐内混合10‑15min，并投加无机酸调节污泥pH为5.5‑6.5之间。混合均匀后将污泥预热至70℃以上，置于高温热水解处理装置，使系统温度上升至120‑170℃之间。保持温度时间为20‑40min，然后泄压闪蒸。本发明用投加强氧化剂并结合酸化的方法来强化高温热水解的释磷，增强了有机磷向无机磷的转化率，提高磷释放效率。方法简单易行，是污泥和磷元素资源化的一种有效手段。
摘要附图
权利要求书
1.一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)选取含固率为8%-20%的高含固污泥，选取不含有Cr、Mn有害重金属，也不含有铁等易于与磷产生沉淀的氧化剂，将所述氧化剂与高含固污泥在热水解浆化罐内混合10-15min，并投加无机酸调节高含固污泥的pH值为5.5-6.5，高含固污泥与氧化剂的化学剂投加量按照如下公式计算：
x=a*m*1000*(1-y)/31*8/b*c*η
a:高含固污泥中总磷的含量，g/kgDS，x:氧化剂投加量(g);m：高含固污泥(kg); y：污泥含水率(%);b：所投加氧化剂被还原后的电子转移数;c：所投加氧化剂摩尔质量(g);η：百分率，为5%-40%;
(2)将步骤(1)混合均匀后预热至70℃以上，置于高温热水解处理装置内，用热蒸汽对反应罐内高含固污泥进行加热加压，使高温热水解处理装置内温度上升至120-170℃，在此温度下保持20-40min;
(3)将步骤(2)所得产物泄压闪蒸，在此过程使高含固污泥中絮体结构破坏，不溶态物质转变为溶解态，将高含固污泥细胞中无机磷和有机磷等释放出来，然后在氧化剂存在的条件下，将有机磷氧化为无机磷，同时在酸性条件下，高含固污泥中存在的化学磷也可以被溶解释放，从而提高污泥中磷的释放效率，并提高磷的释放程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述氧化剂为H2O2或KClO3中任一种。
说明书
一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法
技术领域
本发明属于污泥处置与资源化处理领域，尤其是涉及到一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法。
背景技术
磷是一种难以再生的非金属矿资源，参与动植物生命活动，在工农业中具有重要的利用价值。磷矿已被列为我国2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿产之一。另一方面，污泥是污水处理的产物，近几年我国污水厂的剧增导致污泥产量呈爆炸性增长。据估计，2020年底城市湿污泥产生量会突破6000万吨。污泥中富集的氮、磷浓度远高于一般污/废水，如普通剩余污泥中磷的含量约为1%-3%，采用强化生物除磷工艺可达6%-12%，这为磷的回收利用提供了可能，使污泥成为一种潜在的可循环磷矿资源。但由于剩余污泥中的磷除了无机磷外，还含有有机磷(占10%-35%)，此外还有细菌、寄生虫和重金属等有毒有害物质，直接回收困难且存在一定风险。因此，污泥中磷的回收需要先将污泥中的磷释放到上清液中，然后再通过物理、化学等方法回收。
目前释磷的方法有厌氧消化、臭氧氧化、热处理法、酸、碱溶胞法、超声波溶胞法等。与其相关的专利较少，大多集中在提高含水率较高的污泥厌氧消化释磷效果方面，如“提高含磷化学一生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法”(专利申请号：201410120041.4)，此发明方法一方面能够防止污泥厌氧发酵过程中释出的磷再沉淀，另一方面促进化学除磷产生的化学污泥释磷;“一种高压脉冲预处理技术强化剩余污泥梯级释磷的方法”(专利申请号：201510325532.7)，主要是针对传统污泥厌氧消化中存在的不足，通过高压脉冲预处理剩余污泥，提高污泥可生化性，促进后续厌氧发酵磷释放进行，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。在众多释磷方法中，热处理法释磷效果好，时间短，成为目前的研究热点，分为光波加热法、焚烧溶出法、低温热处理、高温热处理等。
相比低温加热法，高温热水解有较佳的释磷效果，且该方法可以直接应用于含固率超过10%的污泥，从而降低磷浓度，便于后续磷的回收。Ahamd等实验表明污泥在较高的温度和较低的pH处理下具有更高的释磷量，170℃下加热80min释磷量达到最大值48.9mg/L。卓杨等在165℃下处理污水厂的脱水污泥50min，水解液的溶解态总磷由0.24g/L增至0.81g/L，磷酸盐由0.05g/L增至0.70g/L，磷酸盐占溶解态总磷的79.84%。Antonio等在120℃下加热污泥15min，磷释放量增加了24%。但常规高温热水解存在加热过程中耗能较大，有机磷释放不彻底等明显缺点，此外，经过高温热水解后污泥的pH呈中性微酸性，而高含固污泥是经过投加各种脱水调理剂如铁盐等脱水而得，因此污泥中的磷很多以化学沉淀形式存在，难以溶解释放，成为限制该方法生产应用的瓶颈，因此有必要开发一种能能耗较低且能够有效释放污泥中磷和有机磷的强化释磷方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法，进一步提高高温热水解过程的释磷效率，减少能耗，为后续的磷回收奠定基础。
本发明提出的一种强化高含固污泥高温热水解释磷的方法，具体步骤如下：
(1)选取含固率为8%-20%的高含固污泥，选取不含有Cr、Mn等有害重金属，也不含有铁等易于与磷产生沉淀的氧化剂，将所述氧化剂与高含固污泥在热水解浆化罐内混合10-15min，并投加无机酸调节高含固污泥的pH值为5.5-6.5，高含固污泥与氧化剂的化学剂投加量按照如下公式计算：
x=a*m*1000*(1-y)/31*8/b*c*η
a:高含固污泥中总磷的含量，g/kgDS，x:氧化剂投加量(g);m：高含固污泥(kg); y：污泥含水率(%);b：所投加氧化剂被还原后的电子转移数;c：所投加氧化剂摩尔质量(g);η：百分率，为5%-40%;
(2)将步骤(1)混合均匀后预热至70℃以上，置于高温热水解处理装置内，用热蒸汽对反应罐内高含固污泥进行加热加压，使高温热水解处理装置内温度上升至120-170℃，在此温度下保持20-40min;
(3)将步骤(2)所得产物泄压闪蒸，在此过程使高含固污泥中絮体结构破坏，不溶态物质转变为溶解态，将高含固污泥细胞中无机磷和有机磷等释放出来，然后在氧化剂存在的条件下，将有机磷氧化为无机磷，同时在酸性条件下，高含固污泥中存在的化学磷也可以被溶解释放，从而提高污泥中磷的释放效率，并提高磷的释放程度。
本发明中，步骤(1)中所述氧化剂为H2O2或KClO3等，不含有Cr、Mn等有害重金属，也不含有铁等易于与磷产生沉淀的氧化剂中任一种。
本发明用投加强氧化剂并结合酸化的方法来强化高温热水解的释磷，增强了有机磷向无机磷的转化率，提高磷释放效率。方法简单易行，为后续的磷的回收奠定基础。
本发明专利具有如下优势：
1. 提高污泥中磷的释放效率。高含固污泥中磷主要以无机磷(包括化学沉淀磷)形式存在，此外含有10%-35%的有机磷。加入的强氧化剂可以使污泥中有机磷转化为无机磷释放，同时在酸性条件下也有利于溶解污泥中化学沉淀磷，从而提高污泥中磷的释放量。
2. 该法简单易行，利于和现在高含固污泥处理处置正在应用的“高温热水解+厌氧消化”结合应用，因此不需要增加额外设备，且除了增加适量氧化剂和无机酸外，不需要增加其他能耗。
3. 该发明是污泥和磷元素资源化的一种有效手段。通过强化方法，可以将高含固污泥中磷充分释放，为污泥中磷的资源化利用提供了一种新的思路和方法。
