城市污泥的超临界水液化反应中磷形态转化及回收研究

摘要

随着城市化步伐的加快，以及针对污水排放要求越来越严格，全国各地的污水厂及污水处理量越来越大，随之而来的污水污泥量也逐年显著增加。一方面，由于污泥中存在的各种有毒有害物质可能对人体健康和环境产生潜在的威胁，另一方面，城市污泥中含有大量有机质和N、P等营养物质，有机质含量占其干机质的30％-40％以上，人们对污泥的处理和处置越来越关注。传统的污泥处理处置方法已经不能满足环境要求，因此，很有必要寻找新的并且可以达到无害化、减量化、稳定化、资源化要求的污泥处置方法。
　　本文通过对城市污泥在间歇式高温高压反应釜中的超临界液化过程进行了研究，主要考察了不同温度、不同温度下制备的污泥基活性炭对污泥的超临界液化产油的影响，并且着重考察了污泥中磷元素的迁移和转化。
　　进入固体残渣中的磷极易被盐酸提取，同时被提取出来的还有残渣中的重金属。怎样提取出纯净的磷肥这种副产品成为了关键，本文巧妙运用活性氧化铝对磷的高效吸附性能和低浓度氢氧化钠溶液对吸附了磷的活性氧化铝的解吸附作用，使重金属从磷产品中分离出来，成功获得了含磷浓度高，重金属含量低的磷肥，且活性氧化铝和盐酸溶液均可回收利用，降低了回收成本。
　　研究表明污泥的超临界水液化反应中，80％的有机磷(OP)转化为盐酸可提取态磷(HCl-P)。随着温度从350℃上升到400℃，进入超临界反应固体残渣中的总磷(TP)含量从86.1％增加到95.6％。利用盐酸提取残渣中的磷，浓度1mol/L的HCl可以使固体残渣中97.8％的磷溶解出来，并且当向浓度为50mg/L的含磷酸浸液中加入2.0g粉末状活性氧化铝，超过95％的酸浸溶液中的磷被吸附0.1mol/L的NaOH溶液可以使活性氧化铝中98.7％的磷解吸。最终超过85％被回收。更好的是解吸溶液中Cu、Zn、Pb的含量低于原始溶液中的5％。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 环境中的磷

1．2 磷对生命体的作用及磷的应用

1．3 现存的磷资源与潜在的磷危机

1．3．1 世界磷矿资源的分布

1．3．2 潜在的磷危机

1．4 污泥概述及基本的处置方法

1．4．1 城市污水污泥概述

1．4．2 城市污泥主要的处置方法

1．5 污泥中磷资源可回收利用的途径

1．5．1 污水厂污泥中磷直接回收

1．5．2 污泥焚烧中磷直接回收

1．5．3 污泥超临界反应残渣中磷的回收

1．6 污泥超临界技术简介及现状

1．6．1 超临界水及其性质

1．6．2 超临界水氧化技术

1．6．3 生物质超临界水液化

1．7 本课题研究意义

1．8 研究内容

第2章 城市污泥超临界液化反应研究

2．1 实验材料及仪器

2．1．1 实验药品及材料

2．1．2 实验仪器

2．2 城市污泥的基本性质

2．3 实验步骤

2．4 分析项目和分析方法

2．5 原始污泥的分析结果

2．6 原始污泥磷形态和含量的分析

2．7 反应温度对污泥超临界气化的影响

2．7．1 反应温度对污泥超临界油产物和气体产物的影响

2．7．2 反应温度和压力对污泥中磷迁移和转化的影响

2．8 污泥基活性炭对污泥超临界气化产物的影响

2．9 本章小结

第3章 污泥超临界液化残渣中磷的提取的研究

3．1 实验材料及仪器

3．1．1 实验药品及材料

3．1．2 实验仪器

3．2 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 pH值对活性氧化铝吸附溶液中磷的影响

3．3．2 吸附时间对活性氧化铝吸附磷的影响

3．3．3 活性氧化铝的添加量对吸附磷的影响

3．3．4 活性氧化铝的形态对吸附磷的影响

3．4 本章小结

第4章 磷回收研究中重金属的去除

4．1 实验材料及仪器

4．1．1 实验药品材料

4．1．2 实验仪器

4．2 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 磷回收过程中重金属的去除

4．3．2 含磷的活性氧化铝的解吸附和原料回收再利用

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况

附论文修改意见