剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置及污泥处理方法

摘要

剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置及污泥处理方法，涉及污泥处理领域。为解决现有回收装置在使用后，剩余污泥磷的回收率较低以及污泥脱水性能差，并且污泥处理脱水流程复杂、磷资源浪费严重的问题。采用超声消解单元、调节均质单元和吸附回收单元结合在一起使用，实现污泥的磷溶出和磷回收，从而提高污泥磷的回收率，且吸附材料可在一个反应器内实现循环利用；本发明实现污泥的磷回收通过合页翻转磁铁实现磁场启闭，从而保证吸附、解吸、再生在同一个反应器中完成；操作简单，节省动力消耗，解决了传统污泥处理脱水流程复杂、磷资源浪费严重的难题。本发明适用于污泥处理领域。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置及污泥处理方法。

背景技术

生活污水经城市处理污水厂处理后，90％以上的磷污染物最终汇集在剩余污泥中。其中，一小部分磷在污泥浓缩或者消化阶段溶解至污泥消化液或其它污泥脱水废液，而大部分最终保留在脱水污泥中被填埋。这样，污水中本可以回收的磷资源就这样白白浪费。更严重的是，这部分磷随雨水进入地表水体还会引起水体富营养化。剩余污泥中的磷大多数以生物结合磷的形式而非磷酸根的形式存在，直接回收较为困难。因此，剩余污泥应尽可能在填埋之前将其中磷溶出并回收，从而达到变废为宝的目的。目前，污泥中通常采用生物浸渍法将磷溶出然后通过化学结晶法、鸟粪石沉淀法将磷转变为磷酸铵镁等具有优良肥效的磷酸盐。然而生物浸渍法的磷溶出效果不稳定，且容易受外界条件影响，化学结晶法、鸟粪石沉淀法操作条件略苛刻，容易生成难溶盐造成管道堵塞。

综上所述，现有回收装置在使用后，剩余污泥磷的回收率较低以及污泥脱水性能差，并且污泥处理脱水流程复杂、磷资源浪费严重的问题。

发明内容

本发明为解决现有回收装置在使用后，剩余污泥磷的回收率较低以及污泥脱水性能差，并且污泥处理脱水流程复杂、磷资源浪费严重的问题，而提出剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置及污泥处理方法。

本发明的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，其组成包括超声消解单元、调节均质单元和吸附回收单元；

超声消解单元的输出端通过管道与调节均质单元的输入端连接，调节均质单元的输出端通过管道与吸附回收单元的输入端连接；

所述的超声消解单元包括消解反应器、超声装置、保温套、一号搅拌叶片、消解液喷淋装置、进泥管、进泥管电磁阀、第一液位感应器、消解液储存箱、消解液喷淋管、消解液电磁阀、一号搅拌轴、一号搅拌电机、污泥上清液出水管、污泥上清液出水管电磁阀、出泥管和电磁阀；

超声装置的上表面设有一个消解反应器，消解反应器的外表面套设有一个保温套，消解反应器上表面的一侧设有一个方形通孔，消解反应器上表面的另一侧设有一号搅拌电机，一号搅拌电机的输出轴穿过消解反应器上表面的壳体之后，与一号搅拌轴的顶端固定连接，一号搅拌轴的底端设有一个一号搅拌叶片，消解反应器的内壁上设有一个第一液位感应器，消解反应器的一侧中部设有一个进泥管，且进泥管上设有一个进泥管电磁阀，消解反应器的另一侧上部设有一个污泥上清液出水管，污泥上清液出水管上设有一个污泥上清液出水管电磁阀，污泥上清液出水管的末端与调节均质单元的输入端连接，消解反应器的另一侧下部设有出泥管，且出泥管上设有电磁阀，超声装置的附近处设有一个消解液储存箱，消解液储存箱的输出端与消解液喷淋管的一端连通，消解液喷淋管的另一端与消解液喷淋装置连通设置，且消解液喷淋装置的消解液喷淋头设置在消解反应器的内部，消解液喷淋管上设有一个消解液电磁阀；

进一步的，所述的调节均质单元包括不锈钢箱体、调节均质区出水管和第二液位感应器；

不锈钢箱体的内壁上设有一个第二液位感应器，不锈钢箱体的输入端与污泥上清液出水管的末端连通设置，不锈钢箱体的输出端与调节均质区出水管的一端连接，调节均质区出水管的另一端与吸附回收单元的输入端连接；

进一步的，所述的调节均质区出水管上设有控制阀；

进一步的，所述的吸附回收单元包括圆筒状池体、二号搅拌叶、磁铁板翻转装置、再生碱液供给装置、二号搅拌轴、二号拌电机、机械臂、再生碱液储存箱、碱液进液管、碱液电磁阀、磁性材料回收管、回收管电磁阀、吸附回收区出水管和出水管电磁阀；

圆筒状池体的上表面的一端设有一个半圆形的通孔，圆筒状池体上表面的另一端设有一个二号拌电机，二号拌电机的输出轴穿过圆筒状池体的上表面之后，与二号搅拌轴的顶端连接，二号搅拌轴的底端与二号搅拌叶固定连接，圆筒状池体的外表面的中部设有一个吸附回收区出水管，且吸附回收区出水管上设有一个出水管电磁阀，圆筒状池体的外表面的下部设有一个磁性材料回收管，且磁性材料回收管上设有一个回收管电磁阀，圆筒状池体的底面一侧设有一个磁铁板翻转装置，圆筒状池体的底面另一侧设有一个机械臂，圆筒状池体的附近处设有一个再生碱液储存箱，再生碱液储存箱的一侧设有一个碱液进液管，碱液进液管的末端与再生碱液供给装置连通设置，且再生碱液供给装置设置在圆筒状池体的内部，碱液进液管上设有一个碱液电磁阀；

进一步的，所述的圆筒状池体的外表面中部设有一个吸附回收区进水口，吸附回收区进水口与调节均质区出水管的另一端连通设置；

进一步的，所述的圆筒状池体的内部设有多个磁性吸附材料；

进一步的，所述的磁铁板翻转装置包括壳体、磁绝缘橡胶片、半圆磁铁片和翻转合页；壳体的内部从上到下依次设有磁绝缘橡胶片、半圆磁铁片和翻转合页；

进一步的，所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置还包括PLC自控系统；PLC自控系统用于控制进泥管电磁阀、消解液电磁阀、一号搅拌电机、第一液位感应器、污泥上清液出水管电磁阀、调节均质区出水管出水阀、回收管电磁阀、碱液电磁阀、二号搅拌电机和翻转合页；

本发明所述的一种污泥处理方法，其具体方法如下：

步骤一、污泥超声消解；将污泥浓度≤20000mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0～7.0的剩余污泥通过进泥管进入消解反应器；将消解液储存箱中的3.5mol/L过硫酸钾溶液通过消解液喷淋管、消解液喷淋头喷洒至消解反应器内部与剩余污泥混合，通过保温套将温度维持在60℃，在超声条件下剩余污泥中的有机磷以磷酸盐的形式溶出；搅拌电机停止工作，污泥发生沉淀分离，污泥上清液出水管电磁阀开启，富含磷酸盐的污泥上清液通过污泥上清液出水管进入调节均质区；污泥上清液出水管电磁阀关闭且出泥管电磁阀开启，沉淀后的污泥通过污泥上清液出水管排出，再进行下一步的浓缩、脱水；

步骤二、污泥上清液均质调节：富含磷酸盐的污泥上清液进入调节均质区后通过调节均质区出水管进入吸附回收区；第二液位感应器若感应到液面，此时污泥上清液出水管电磁阀关闭；

步骤三、吸附回收磷酸盐；污泥富磷上清液进入吸附回收区后，与投加的磁性吸附材料在第二搅拌装置的搅拌作用下发生磷吸附反应；停止搅拌并通过机械臂将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°，此时磁性吸附材料能够被半圆磁铁片的磁场全部吸附到反应器底部；之后，出水管电磁阀开启，无磷污泥上清液排出进入污水处理工艺重新处理；随后，出水管电磁阀关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°转回，绝缘橡胶片将半圆磁铁片的磁性屏蔽；碱液电磁阀开启，再生碱液储存箱中的碱液通过碱液进液管进入吸附回收区；同时，第二搅拌电机开启，在第二搅拌装置的搅拌作用下将吸附有磷酸盐的磁性材料进行再生；20min后，第二搅拌电机关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴再翻转180°，再生的磁性吸附材料重新被半圆磁铁片的磁场全部吸附到反应器底部；出水管电磁阀开启，排出并收集磷酸盐粗溶液(此溶液为从剩余污泥中回收的磷酸盐粗溶液)；随后，出水管电磁阀关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°转回，再运行下一周期；

进一步的，所述的步骤一中，所述消解液储存箱中储存的消解液为饱和过硫酸钾溶液(质量分数约为5.3％)；所述消解液与污泥的质量比在质量分数约为5.3％；

进一步的，所述的步骤三中，所述磁性吸附材料的质量应保证投加剂量为400mg/L～800mg/L。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明克服了现有技术的缺点，采用超声消解单元的输出端通过管道与调节均质单元的输入端连接，调节均质单元的输出端通过管道与吸附回收单元的输入端连接，使超声消解单元、调节均质单元和吸附回收单元结合在一起使用，实现污泥的磷溶出和磷回收，从而提高污泥磷的回收率，且吸附材料可在一个反应器内实现循环利用；

本发明采用污泥处理方法可通过控制超声频率和温度高低，实现污泥高效率磷溶出，同时污泥因部分有机物被氧化分解而得到一定程度的稳定，并且提高了卫生学指标；

本发明的污泥处理方法可实现污泥的磷回收通过合页翻转磁铁实现磁场启闭，从而保证吸附、解吸、再生在同一个反应器中完成；操作简单，节省动力消耗，是一种绿色环保的污泥处理技术，解决了传统污泥处理脱水流程复杂、磷资源浪费严重的难题。

附图说明

图1是本发明所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置的主剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置包括超声消解单元1、调节均质单元2和吸附回收单元3；

超声消解单元1的输出端通过管道与调节均质单元2的输入端连接，调节均质单元2的输出端通过管道与吸附回收单元3的输入端连接；

所述的超声消解单元1包括消解反应器4、超声装置5、保温套6、一号搅拌叶片7、消解液喷淋装置8、进泥管9、进泥管电磁阀10、第一液位感应器11、消解液储存箱12、消解液喷淋管13、消解液电磁阀13-1、一号搅拌轴15、一号搅拌电机16、污泥上清液出水管17、污泥上清液出水管电磁阀18、出泥管19和电磁阀20；

超声装置5的上表面设有一个消解反应器4，消解反应器4的外表面套设有一个保温套6，消解反应器4上表面的一侧设有一个方形通孔，消解反应器4上表面的另一侧设有一号搅拌电机16，一号搅拌电机16的输出轴穿过消解反应器4上表面的壳体之后，与一号搅拌轴15的顶端固定连接，一号搅拌轴15的底端设有一个一号搅拌叶片7，消解反应器4的内壁上设有一个第一液位感应器11，消解反应器4的一侧中部设有一个进泥管9，且进泥管9上设有一个进泥管电磁阀10，消解反应器4的另一侧上部设有一个污泥上清液出水管17，污泥上清液出水管17上设有一个污泥上清液出水管电磁阀18，污泥上清液出水管17的末端与调节均质单元2的输入端连接，消解反应器4的另一侧下部设有出泥管19，且出泥管19上设有电磁阀20，超声装置5的附近处设有一个消解液储存箱12，消解液储存箱12的输出端与消解液喷淋管13的一端连通，消解液喷淋管13的另一端与消解液喷淋装置8连通设置，且消解液喷淋装置8的消解液喷淋头14设置在消解反应器4的内部，消解液喷淋管13上设有一个消解液电磁阀13-1；

本具体实施方式，剩余污泥或浓缩后的剩余污泥在60℃～80℃超声环境下与过硫酸钾消解液充分混合，污泥中的生物结合态有机磷以磷酸盐的形式溶出，静止沉淀后形成富磷污泥上清液与脱水性能更优良的浓缩污泥，且蛔虫卵及其他病原微生物被杀灭。富磷污泥上清液经过调节均质区储存调蓄，进入吸附回收区与磁性吸附材料混合，吸附材料捕获液相中的磷酸盐，随后被碱性再生液再生，再生后一方面排出的溶液为纯度较高的磷酸盐回收液，另一方面得到恢复吸附功能的吸附材料。相比同类型磁性材料磷回收专利，本专利的吸附回收区通过磁铁翻转实现磁场启闭，从而保证吸附和再生在同一个反应器完成，机械动力消耗低，操作简单更加方便。本装置提供了一种可同时回收剩余污泥磷资源并提高污泥脱水性能的处理工艺。该工艺的提出相比传统污泥处理工艺脱水线路复杂、大量磷随剩余污泥填埋而浪费，收集的纯度较高的磷酸盐回收液进行后续处理后可用于农业或其他化工行业，符合“减量化、无害化、稳定化、资源化”污泥处理理念。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的调节均质单元2包括不锈钢箱体21、调节均质区出水管22和第二液位感应器23；

不锈钢箱体21的内壁上设有一个第二液位感应器23，不锈钢箱体21的输入端与污泥上清液出水管17的末端连通设置，不锈钢箱体21的输出端与调节均质区出水管22的一端连接，调节均质区出水管22的另一端与吸附回收单元3的输入端连接。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的调节均质区出水管22上设有控制阀22-1；

本具体实施方式，采用所述的调节均质区出水管22上设有控制阀22-1，便于控制调节均质区出水的流速。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的吸附回收单元3包括圆筒状池体24、二号搅拌叶26、磁铁板翻转装置27、再生碱液供给装置28、二号搅拌轴29、二号拌电机30、机械臂33-1、再生碱液储存箱34、碱液进液管35、碱液电磁阀36、磁性材料回收管37、回收管电磁阀38、吸附回收区出水管39和出水管电磁阀40；

圆筒状池体24的上表面的一端设有一个半圆形的通孔，圆筒状池体24上表面的另一端设有一个二号拌电机30，二号拌电机30的输出轴穿过圆筒状池体24的上表面之后，与二号搅拌轴29的顶端连接，二号搅拌轴29的底端与二号搅拌叶26固定连接，圆筒状池体24的外表面的中部设有一个吸附回收区出水管39，且吸附回收区出水管39上设有一个出水管电磁阀40，圆筒状池体24的外表面的下部设有一个磁性材料回收管37，且磁性材料回收管37上设有一个回收管电磁阀38，圆筒状池体24的底面一侧设有一个磁铁板翻转装置27，圆筒状池体24的底面另一侧设有一个机械臂33-1，圆筒状池体24的附近处设有一个再生碱液储存箱34，再生碱液储存箱34的一侧设有一个碱液进液管35，碱液进液管35的末端与再生碱液供给装置28连通设置，且再生碱液供给装置28设置在圆筒状池体24的内部，碱液进液管35上设有一个碱液电磁阀36；

本具体实施方式，采用超声消解单元、调节均质单元和吸附回收单元结合在一起使用，实现污泥的磷溶出和磷回收，从而提高污泥磷的回收率，且吸附材料可在一个反应器内实现循环利用。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的圆筒状池体24的外表面中部设有一个吸附回收区进水口24-1，吸附回收区进水口24-1与调节均质区出水管22的另一端连通设置。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的圆筒状池体24的内部设有多个磁性吸附材料25，磁性吸附材料25为共沉淀法制备的超顺磁性纳米颗粒，该颗粒含有四氧化三铁内核以及负载镧的层状双金属(钙镁)氧化物；

本具体实施方式，采用磁性吸附材料25为共沉淀法制备的超顺磁性纳米颗粒，该颗粒含有四氧化三铁内核以及负载镧的层状双金属(钙镁)氧化物，提高装置的吸附性。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，所述的磁铁板翻转装置27包括壳体、磁绝缘橡胶片31、半圆磁铁片32和翻转合页33；壳体的内部从上到下依次设有磁绝缘橡胶片31、半圆磁铁片32和翻转合页33；所述的半圆磁铁片32由磁场强度为600～700Gauss钕铁硼磁铁材料制成。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的回收装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置，还包括PLC自控系统41；PLC自控系统41用于控制进泥管电磁阀10、消解液电磁阀13-1、一号搅拌电机16、第一液位感应器11、污泥上清液出水管电磁阀18、调节均质区出水管出水阀22-1、回收管电磁阀38、碱液电磁阀36、二号搅拌电机30和翻转合页33；

本具体实施方式，所述超声消解单元1、调节均质单元2的运行周期为：PLC自控系统41控制进泥管电磁阀10和消解液电磁阀13-1开启10min后关闭，之后开启一号搅拌电机1630min后关闭，20min后开启污泥上清液出水管电磁阀18，10min后关闭；开启污泥上清液出水管电磁阀18的同时开启调节均质区出水管出水阀22-1，10min后关闭；之后，运行下一周期。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种污泥处理方法，其具体方法如下：

步骤一、污泥超声消解；将污泥浓度≤20000mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0～7.0的剩余污泥通过进泥管进入消解反应器；将消解液储存箱中的3.5mol/L过硫酸钾溶液通过消解液喷淋管、消解液喷淋头喷洒至消解反应器内部与剩余污泥混合，通过保温套将温度维持在60℃，在超声条件下剩余污泥中的有机磷以磷酸盐的形式溶出；搅拌电机停止工作，污泥发生沉淀分离，污泥上清液出水管电磁阀开启，富含磷酸盐的污泥上清液通过污泥上清液出水管进入调节均质区；污泥上清液出水管电磁阀关闭且出泥管电磁阀开启，沉淀后的污泥通过污泥上清液出水管排出，再进行下一步的浓缩、脱水；

步骤二、污泥上清液均质调节：富含磷酸盐的污泥上清液进入调节均质区后通过调节均质区出水管进入吸附回收区；第二液位感应器若感应到液面，此时污泥上清液出水管电磁阀关闭；

步骤三、吸附回收磷酸盐；污泥富磷上清液进入吸附回收区后，与投加的磁性吸附材料在第二搅拌装置的搅拌作用下发生磷吸附反应；停止搅拌并通过机械臂将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°，此时磁性吸附材料能够被半圆磁铁片的磁场全部吸附到反应器底部；之后，出水管电磁阀开启，无磷污泥上清液排出进入污水处理工艺重新处理；随后，出水管电磁阀关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°转回，绝缘橡胶片将半圆磁铁片的磁性屏蔽；碱液电磁阀开启，再生碱液储存箱中的碱液通过碱液进液管进入吸附回收区；同时，第二搅拌电机开启，在第二搅拌装置的搅拌作用下将吸附有磷酸盐的磁性材料进行再生；20min后，第二搅拌电机关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴再翻转180°，再生的磁性吸附材料重新被半圆磁铁片的磁场全部吸附到反应器底部；出水管电磁阀开启，排出并收集磷酸盐粗溶液(此溶液为从剩余污泥中回收的磷酸盐粗溶液)；随后，出水管电磁阀关闭，同时将半圆磁铁片以合页为轴翻转180°转回，再运行下一周期。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九所述的处理方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种污泥处理方法，所述的步骤一中，所述消解液储存箱中储存的消解液为饱和过硫酸钾溶液(质量分数约为5.3％)；所述消解液与污泥的质量比在质量分数约为5.3％；所述的步骤三中，所述磁性吸附材料的质量应保证投加剂量为400mg/L～800mg/L。