一种从污泥灰中循环提取磷的方法

摘要

本发明公开了一种从污泥灰中循环提取磷的方法，该方法以污泥焚烧灰为原料，先用硫酸溶液进行一次提取，然后将提取液与浓硫酸溶液按照28.8:1.2～28.4:1.6的体积比混合配制成新的提取剂，对剩余的污泥灰进行提取；根据需要，可将污泥灰分成多份，进行多次提取，后一次提取时所用到的提取剂由前一次提取完成后的提取液与浓硫酸溶液混合而成。本发明中将提取液作为提取剂使用，可大幅减少废液的排放，而且经过循环提取后，污泥灰中磷的提取率可超过96％，最终提取液中磷的浓度超过21～23g/L，可有效解决现有技术中磷提取率低、药剂消耗量大以及产生大量废液的技术问题。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理厂资源回收技术领域，具体涉及一种从污泥灰中循环提取磷的方法。

背景技术

磷是所有生命体赖以生存的必要元素之一，在细胞结构及细胞功能方面起着重要的作用。随着工农业的发展，人类对磷矿石的需求量日益增加，而磷在生物圈中是一种单向流动的元素，进一步加剧了需求和供给之间的矛盾。

城市污水处理过程产生的剩余污泥回收磷有着很大的潜力。剩余污泥经焚烧后得到含磷量为5％～10％的污泥灰，与中国磷矿中磷的平均含量相当，具有提磷价值。

现阶段应用较多的污泥灰中磷提取的方式是利用硫酸或硝酸在高液固比(>15mL/g)下对污泥灰中的磷进行提取，但是，采用这种方式不仅磷的提取率低，而且会产生大量的废液，不利于环境的保护。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种从污泥灰中循环提取磷的方法，以解决磷提取率低、药剂消耗量大以及产生大量废液的技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种从污泥灰中循环提取磷的方法，包括以下步骤：

(1)取污泥焚烧灰，球磨后过100目筛；

(2)将质量分数为7％～13％的硫酸溶液加热至25～45℃，然后与污泥灰按2～5mL/g的液固比混合，得浆料；

(3)将浆料置于搅拌仪中，于25～45℃、≥150rmp条件下搅拌反应30min，随后加入去离子水终止反应，再对反应后的浆料进行抽滤，抽滤后的污泥灰滤饼用蒸馏水清洗，清洗液与滤液合并得提取液；

(4)将提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.8:1.2～28.4:1.6的体积比混合，得提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余污泥灰按步骤(2)～(3)中的方法进行提取；

(5)重复步骤(4)N次，完成提取；第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(4)中的方法配制而成。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，污泥焚烧灰取自城市生活污水污泥焚烧厂。

进一步，步骤(2)中所用硫酸溶液的质量分数为10％。

进一步，步骤(2)中硫酸溶液与污泥灰的液固比为3mL/g。

进一步，步骤(3)中搅拌反应温度为25℃，搅拌速率为150rmp。

进一步，步骤(5)中8≤N≤12。

本发明的有益效果是：

1.本发明的提取方法以城市生活污水处理厂的污泥焚烧灰为原料，该原料中的磷含量与普通磷矿石相当，以其作为原料不仅可以减少磷矿石的开采，避免大规模的生态破坏，而且不用进行复杂的前处理，提取难度降低，同时实现污泥灰的再利用，避免污泥灰处置不当对环境造成污染。

2.本发明采用循环提取法反复对污泥灰中的磷进行提取，在磷的提取过程中发生如下反应：

Ca₁₉Fe₂(PO₄)₁₄+19SO₄^2-+42H⁺+xH₂O→19CaSO₄·xH₂O↓+14H₃PO₄+2Fe²⁺

由反应式可知，先用硫酸作为提取剂进行提取，会生成不溶于水的沉淀，促进反应向右移动，磷的析出量增大，污泥灰中磷的提取率增大。进行二次提取时，提取剂由提取液与硫酸溶液混合配制而成，磷以磷酸的形式存在于提取液中，可降低提取剂的pH值，金属磷酸盐在低pH值条件下更容易溶解，促进磷的析出，磷的提取率进一步增大；而且提取液作为提取剂使用，可大幅度减少提取剂的用量，避免产生过多废液。

3.本发明在提取过程中，提取剂与污泥灰的液固比控制在2～5mL/g范围内，液固比较低，提取剂可充分与污泥灰接触反应，利于磷的析出，提取率增大。

具体实施方式

本发明在现有酸提取磷的基础上，提出一种新的磷提取方法，该方法包括以下步骤：

(1)取污泥焚烧灰，放入球磨机中进行球磨，将球磨后的粉末用100目筛筛分；考虑到城市生活污水处理厂焚烧后的污泥具有较高的磷含量，同时原料易得，本发明中的污泥焚烧灰优先从城市生活污水处理厂取得。

(2)配制质量分数为7％～13％的硫酸溶液备用。通过加热设备将配制好的硫酸溶液加热至25～45℃，然后将加热后的硫酸快速倒入装有污泥灰的容器中，倒入的硫酸溶液与容器中污泥灰的料液比为2～5mL/g，并启动搅拌仪器进行搅拌，控制搅拌速率≥150rmp，在搅拌过程中，锥形瓶中发生如下反应：

Ca₁₉Fe₂(PO₄)₁₄+19SO₄^2-+42H⁺+xH₂O→19CaSO₄·xH₂O↓+14H₃PO₄+2Fe²⁺

搅拌反应30min后，关闭搅拌仪器，立即向容器中倒入一定量的去离子水稀释降温使反应终止，随后进行真空抽滤分离污泥灰浆料；抽滤截留下来的污泥灰滤饼用蒸馏水进行清洗，将清洗液与滤液合并后得到提取液；清洗后的污泥灰滤饼用烘干装置烘干。

(3)将提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.8:1.2～28.4:1.6的体积比混合，配制得到提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余的污泥灰按步骤(2)中的方法再次进行提取；

(4)重复步骤(3)N次，完成提取；第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(2)中的方法配制而成。

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

一种从污泥灰中循环提取磷的方法，包括以下步骤：

(1)取城市生活污水处理厂中的污泥焚烧灰，球磨后过100目筛；

(2)将质量分数为10％的硫酸溶液加热至25℃，然后与污泥灰按3mL/g的液固比混合，得浆料；

(3)将浆料置于搅拌容器中，于25℃、150rmp条件下搅拌反应30min，随后加入去离子水终止反应，再对反应后的浆料进行抽滤，抽滤后的污泥灰滤饼用蒸馏水清洗，清洗液与滤液合并得提取液；

(4)将提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.8:1.2的体积比混合，配制提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余污泥灰按步骤(2)～(3)中的方法进行提取；

(5)重复步骤(4)8次，完成提取；其中，第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(4)中的方法配制而成，如第8次提取所用提取剂由7次提取后的提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.8:1.2的体积比混合而成。

实施例二

一种从污泥灰中循环提取磷的方法，包括以下步骤：

(1)取城市生活污水处理厂中的污泥焚烧灰，球磨后过100目筛；

(2)将质量分数为7％的硫酸溶液加热至45℃，然后与污泥灰按4mL/g的液固比混合，得浆料；

(3)将浆料置于搅拌容器中，于45℃、200rmp条件下搅拌反应30min，随后加入去离子水终止反应，再对反应后的浆料进行抽滤，抽滤后的污泥灰滤饼用蒸馏水清洗，清洗液与滤液合并得提取液；

(4)将提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.4:1.2的体积比混合，配制提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余污泥灰按步骤(2)～(3)中的方法进行提取；

(5)重复步骤(4)9次，完成提取；其中，第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(4)中的方法配制而成，如第9次提取所用提取剂由8次提取后的提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.4:1.2的体积比混合而成。

实施例三

一种从污泥灰中循环提取磷的方法，包括以下步骤：

(1)取城市生活污水处理厂中的污泥焚烧灰，球磨后过100目筛；

(2)将质量分数为13％的硫酸溶液加热至30℃，然后与污泥灰按5mL/g的液固比混合，得浆料；

(3)将浆料置于搅拌容器中，于30℃、300rmp条件下搅拌反应30min，随后加入去离子水终止反应，再对反应后的浆料进行抽滤，抽滤后的污泥灰滤饼用蒸馏水清洗，清洗液与滤液合并得提取液；

(4)将提取液与质量分数为13％的硫酸溶液按28.4:1.6的体积比混合，配制提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余污泥灰按步骤(2)～(3)中的方法进行提取；

(5)重复步骤(4)10次，完成提取；其中，第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(4)中的方法配制而成，如第10次提取所用提取剂由9次提取后的提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.4:1.6的体积比混合而成。

实施例四

一种从污泥灰中循环提取磷的方法，包括以下步骤：

(1)取城市生活污水处理厂中的污泥焚烧灰，球磨后过100目筛；

(2)将质量分数为7％的硫酸溶液加热至30℃，然后与污泥灰按3mL/g的液固比混合，得浆料；

(3)将浆料置于搅拌容器中，于30℃、350rmp条件下搅拌反应30min，随后加入去离子水终止反应，再对反应后的浆料进行抽滤，抽滤后的污泥灰滤饼用蒸馏水清洗，清洗液与滤液合并得提取液；

(4)将提取液与质量分数为7％的硫酸溶液按28.8:1.6的体积比混合，配制提取剂，用提取剂取代步骤(2)中的硫酸溶液，对剩余污泥灰按步骤(2)～(3)中的方法进行提取；

(5)重复步骤(4)12次，完成提取；其中，第N次提取所用提取剂由N-1次提取后的提取液按步骤(4)中的方法配制而成，如第12次提取所用提取剂由11次提取后的提取液与质量分数为98％的硫酸溶液按28.8:1.6的体积比混合而成。

采用本发明中的方法，磷的提取率可达96％以上，最终提取液中磷的浓度超过21～23g/L，可基本将污泥灰中的磷提取完，相对于现有技术中的提取方法，不仅减少了废液的排放量，还可减少磷矿石的开采量，是一种对环境友好的提取方式。

虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。