專利名稱：：一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于固體廢物處理、處置領(lǐng)域，涉及一種回收利用污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)，從而資源化、減量化污泥的方法。
背景技術(shù)：
：近幾年氮、磷污染所致的水體富營養(yǎng)化十分嚴(yán)重，湖泊"水華"及近海"赤潮"時有發(fā)生，越演越烈。從水體中藻類對氮、磷需要的關(guān)系看，對于內(nèi)陸水體，磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因素。水體中的磷80%來源于污水排放。因此，有效地控制和削減排放廢水中的磷含量已成為防治水體富營養(yǎng)化的重要途徑。我國新制定的城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對氮、磷提出了更為嚴(yán)格的要求，城市污水在排放前進(jìn)行除磷脫氮已成為新建、擴(kuò)建和改建的城市污水處理廠的主要任務(wù)。磷在生物圈中基本是單向循環(huán)的，是一種不可更新的、日漸匱乏的礦產(chǎn)資源，在現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平下，世界上已探明的磷儲備量僅夠人類使用100年。而人類消耗的磷大部分存在于污水中，因此污水中磷的回收被認(rèn)為是一個促進(jìn)磷循環(huán)的最佳途徑。污水污泥處理技術(shù)已經(jīng)開始向除磷同時能夠回收磷的方向發(fā)展，變傳統(tǒng)的"處理"為現(xiàn)代的"回收"越來越得到世界各國學(xué)者與政府的高度重視，瑞典政府已經(jīng)明確規(guī)定自2010年起，國內(nèi)消費磷的75%將來自于污水處理廠。有研究認(rèn)為，從污泥中回收75%的磷可減少3-3.8%的污泥干固體量。該項研究還估算，磷回收可使污泥焚燒灰分量減少12-48%。研究也顯示，磷回收也解決了污泥在水泥制造使用中的限制(《1%的P含量)，因為磷酸鹽能降低水泥的耐力。我國污水每年磷排放量相當(dāng)于2000年磷礦開采量的42.17%，可見隨污水流失的磷量是巨大的，若不盡快加以回收利用，是對磷資源的嚴(yán)重浪費。目前新建、擴(kuò)建和改建的城市污水處理廠的除磷脫氮很多采用強(qiáng)化生物除磷(EBPR)工藝，該工藝被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的污水除磷工藝之一。EBPR是利用聚磷菌具有厭氧釋放磷及好氧(或缺氧)超量吸收磷的特性，使磷在好氧(或缺氧)段的含量降低，最終通過排放富磷剩余污泥而使磷從污水中削減。但磷只是從液態(tài)(污水)轉(zhuǎn)向到固態(tài)(污泥)，以多聚磷(poly-P)形式貯存在污泥中。一般活性污泥工藝中，磷占干污泥的1.5-2.5%，而生物除磷系統(tǒng)所排放的剩余污泥中的磷含量一般為6%左右，個別可達(dá)8%。歐洲環(huán)境政策研究所估計，"歐盟市政污水處理協(xié)定91/271"在歐洲的全面實施會導(dǎo)致每年約24萬噸磷酸鹽(以P計)被轉(zhuǎn)移到污泥中。由此可見，對污水生物除磷工藝中產(chǎn)生的大量富磷剩余污泥進(jìn)行磷的回收利用，則可有力緩解目前天然磷礦藏的過度消耗和未來可能出現(xiàn)的磷資源匱乏的情況，同時還可解決剩余污泥處理與處置問題，這對實現(xiàn)可持續(xù)污水處理有著舉足輕重的作用。首先要將污泥中的磷釋放到上清液中，再通過投加Ca2+、Mg"得到純度高、安全無害的沉淀產(chǎn)物(如磷酸鈣、鳥糞石等)，繼而以工業(yè)原料或者肥料的形式加以利用，以實現(xiàn)對磷資源的有效回收。因此，穩(wěn)定高效的釋磷方法是實現(xiàn)剩余污泥磷回收的首要前提。研究發(fā)現(xiàn)5(TC熱處理lh，釋磷濃度為81.8mg/L。并且認(rèn)為氮釋放過高，有機(jī)物質(zhì)的存在會對磷的回收產(chǎn)生不利影響。因此從有利于磷回收的角度考慮，建議選擇較低的溫度和較短的熱處理時間(薛濤等，中國給水排水，2006，22(23):22-25)。而單純的微波17(TC熱水解污泥5min，氮的水解率可高達(dá)67X(喬瑋等，環(huán)境科學(xué)，2008，29(1):152-156)。佟娟等采用剩余污泥的水解酸化液進(jìn)行磷去除研究，發(fā)現(xiàn)鳥糞石的最佳條件是pH10.0，Mg:P=1.8:1，攪拌反應(yīng)10min。正磷去除率為92.5%，總磷去除率為83.8%，氨氮去除率為12.3%。但剩余污泥經(jīng)水解酸化后，上清液中除含90-140mg/L的正磷外，還含有高濃度的揮發(fā)性有機(jī)酸，這些有機(jī)物質(zhì)的存在會對磷的回收產(chǎn)生不利影響(佟娟等，環(huán)境工程學(xué)報，2007，1(4):1-4)。另外剩余污泥經(jīng)水解酸化后，上清液pH低，要達(dá)到鳥糞石形成的堿性條件，需要消耗較多的堿。而且剩余污泥的水解酸化液中的懸浮固體(SS)干擾適合于處理與再生的沉淀形式(小顆粒狀)的形成，小顆粒鳥糞石沉淀難以收獲，并導(dǎo)致鳥糞石中雜質(zhì)含量提高。鑒于此，要使回收利用污泥中磷這項技術(shù)在污水廠得到實際應(yīng)用，首先要確保污泥裂解，使污泥中磷穩(wěn)定高效釋放，再次要使污泥裂解液適宜于形成高質(zhì)量的鳥糞石沉淀(如有機(jī)物質(zhì)和SS低、適宜的氮濃度等)，以確保被去除的磷完全回收為可收獲的鳥糞石(鳥糞石顆粒大，純度高、硬度大等)，以利于鳥糞石作為肥料得到市場推廣使用。最后還要盡量降低成本(包括設(shè)備、藥劑費用等)。
發(fā)明內(nèi)容鑒于目前以鳥糞石形式回收利用污泥中磷的現(xiàn)狀問題，本發(fā)明提供一種用微波/過氧化氫高級氧化技術(shù)破解污泥，使污泥中磷以正磷形式得到最大程度的釋放，得到適宜鳥糞石沉淀的污泥裂解液，不僅使污泥中磷的去除率高，而且使磷的回收率高，且得到的鳥糞石質(zhì)量高。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先將采用微波/過氧化氫高級氧化技術(shù)，一方面是微波的快速高效加熱特性，另一方面是利用過氧化氫在微波輻射下產(chǎn)生羥基自由基(OH)，聯(lián)合微波的熱效應(yīng)和羥基自由基的強(qiáng)氧化作用，使污泥細(xì)胞裂解，釋放污泥中的磷、氮，同時將污泥中的多聚磷轉(zhuǎn)化為正磷。繼而調(diào)節(jié)污泥裂解液pH至8.0-9.0，并投加少量Mg2+溶液，形成六水磷酸銨鎂，俗稱鳥糞石(MgNH4P046H20)加以回收，鳥糞石是一種緩釋肥料，可以形成土壤_作物_動物_人類_土壤的磷循環(huán)，實現(xiàn)對磷、氮污染物的同時去除。具體包括以下步驟1、在脫水泥餅中加入一定量的過氧化氫溶液(0.8-1.2gH^/g干污泥)，攪拌，使混合均勻，再將上述污泥在微波(2450MHz)80-12(TC溫度下輻射處理3-5min。使污泥中多聚磷以正磷形式釋放到溶液中。不同種類污泥、不同微波頻率下的最佳條件參數(shù)可能有所差異，過氧化氫加入量、微波輻射溫度、微波輻射時間與污泥的含水率、含固率等性質(zhì)有關(guān)。2、將上述泥水混合液靜置沉淀30min或過濾，傾出上清液備用。3、將上清液pH調(diào)節(jié)至8.0-9.0。4、再在上述調(diào)節(jié)好pH的上清液中投加MgCl2溶液，使Mg":P043—的物質(zhì)的量之比為1.2-1.8:l，邊加邊緩慢攪拌(100-150r/min)10-20min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。5、靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為高純度鳥糞石。本發(fā)明的顯著進(jìn)步和優(yōu)點在于(1)該方法能使污泥中正磷的釋放率達(dá)85%以上。(2)該方法能使污泥SS裂解徹底，裂解液中SS含量低于100mg/L。(3)該方法能使污泥中磷回收率達(dá)95%以上。(4)由于污泥中氮含量通常都高于磷含量，污泥上清液中NH/含量較高，不必外加氮源，該方法能使污泥中氮回收率達(dá)20%以上。(5)該方法回收的鳥糞石顆粒平均直徑大于0.5mm，鳥糞石純度為95%以上，可直接施用于土壤。(6)該方法能提高污泥的脫水性能，污泥含水率下降50%以上，從而使污泥減容[5()022](7)該技術(shù)設(shè)備簡單，操作維護(hù)方便，運行成本較低，不產(chǎn)生任何二次污染。具體實施例方式實施例1、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中分別加入一定量的30%過氧化氫溶液(0.6-1.4gH202/g干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射處理5min。分析處理前后上清液中磷、氨氮含量，計算磷、氮釋放率。結(jié)果見表l所示。表1過氧化氫含量對污泥磷、氮釋放的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1可見，過氧化氫的用量對總磷的釋放率無很大影響，但對正磷的釋放率有較大影響，過氧化氫用鋼量少，正磷釋放率低，但過多的過氧化氫，正磷釋放率并沒增加顯著。而只有正磷才能形成鳥糞石，因此，過氧化氫的合適用量為0.8-1.2gH^yg干污泥。實施例2、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(1.0g40yg干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥平均分成5份，分別在在微波頻率2450MHz下，60-14(TC微波輻射處理5min。分析處理前后上清液中磷、氨氮含量，計算磷、氮釋放率。結(jié)果見表2所示。表2微波溫度對污泥磷、氮釋放的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表2可見，隨溫度的提高，正磷的釋放率增加，但到了一定溫度后，釋放率增加不顯著，考慮到經(jīng)濟(jì)成本，微波溫度以80-12(TC為宜。實施例3、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(l.Og11202/^干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥平均分成3份，在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射分別處理2min、3min、4min、5min、7min。泥水混合液靜置沉淀30min后，傾出上清液。分析處理前后上清液中磷、氨氮含量，計算磷、氮釋放率。結(jié)果見表3所示。表3微波處理時間對污泥磷、氮釋放的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表3可見，隨微波處理時間的增多，正磷的釋放率增加，但超過一定時間后，釋放效果增加不顯著，考慮到經(jīng)濟(jì)成本，微波溫度以3-5min為宜。實施例4、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(1.0gH202/g干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射處理3min。泥水混合液靜置沉淀30min后，傾出上清液，平均分成5份。用NaOH分別調(diào)節(jié)pH至7.5、8.0、8.5、9.0、9.5。然后在上清液中投加MgCl2溶液，使Mg2+:P043—的物質(zhì)的量之比為1.5:l，緩慢攪拌(120r/min)15min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為鳥糞石。檢測分析磷回收率、氮回收率、鳥糞石平均直徑、鳥糞石純度。見表4所示。表4pH值對鳥糞石回收磷的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表4可見，隨pH增大，磷、氮的回收率、鳥糞石直徑?jīng)]有顯著變化。但鳥糞石的純度大大降低，因此pH以8.0-9.0為宜。實施例5、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(1.Og40yg干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射處理3min。泥水混合液靜置沉淀30min后，傾出上清液。用NaOH調(diào)節(jié)pH至8.5。將上清液平均分成5份。然后在上清液中投加MgCl2溶液，使Mg":P043—的物質(zhì)的量之比分別為1.0-2.0:l，緩慢攪拌(120r/min)15min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為鳥糞石。檢測分析磷回收率、氮回收率、鳥糞石平均直徑、鳥糞石純度。見表5所示。表5鎂投加量對鳥糞石回收磷的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表5可見，隨MgCl2溶液投加量的增加，Mg2+:P043—的物質(zhì)的量之比逐漸增大，鳥糞石的純度沒有顯著變化，但磷、氮的回收率、鳥糞石直徑增大。但過量的鎂，對氮、磷的回收率沒有顯著影響，反而增加成本，因此Mg":po廣的物質(zhì)的量之比以1.2-1.8:i為且。實施例6、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(1.Og40yg干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射處理5min。泥水混合液靜置沉淀30min后，傾出上清液。用NaOH調(diào)節(jié)pH至8.5。然后在上清液中投加MgCl2溶液，使Mg":P043—的物質(zhì)的量之比為1.8:l，緩慢攪拌(100r/min)20min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為鳥糞石。經(jīng)檢測分析，磷的回收率達(dá)95.7%，氮回收率達(dá)23.4%，鳥糞石顆粒平均直徑0.61mm，鳥糞石純度為97.4%。實施例7、取某污水處理廠的富磷濃縮污泥，常溫下，在污泥中加入一定量的30%過氧化氫溶液(1.Og40yg干污泥)，攪拌混合均勻，再將上述污泥在微波頻率2450MHz下，IO(TC微波輻射處理5min。泥水混合液靜置沉淀30min后，傾出上清液。用NaOH調(diào)節(jié)pH至8.5。然后在上清液中投加MgCl2溶液，使Mg":P043—的物質(zhì)的量之比為1.8:l，緩慢攪拌(150r/min)20min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為鳥糞石。收獲鳥糞石后的溶液中碳、氮、磷含量都很低，可直接接入到污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。經(jīng)檢測分析，磷的回收率達(dá)95.2%，氮回收率達(dá)22.6%，鳥糞石顆粒平均直徑0.57mm，鳥糞石純度為97.2%。傾出上清液后的污泥進(jìn)行離心脫水，泥餅含水率約為44%。權(quán)利要求一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于包括以下步驟1)在脫水泥餅中加入一定量的過氧化氫溶液(0.8-1.2gH2O2/g干污泥)，攪拌，使混合均勻，再將上述污泥在微波(2450MHz)80-120℃溫度下輻射處理3-5min。2)將上述泥水混合液靜置沉淀30min或過濾，傾出上清液備用。3)將上清液調(diào)節(jié)pH至8.0-9.0。4)然后投加MgCl2溶液，使Mg2+∶PO43-的物質(zhì)的量之比為1.2-1.8∶1，邊加邊緩慢攪拌(100-150r/min)10-20min至出現(xiàn)大量白色沉淀物。5)靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為高純度鳥糞石。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于所述的污泥為富磷濃縮污泥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征是先向污泥中投加過氧化氫溶液，攪拌均勻后，再進(jìn)行微波處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于所述的白色沉淀物即為回收的鳥糞石，其分子式為MgNH4P046H20。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于所回收的鳥糞石純度為95%以上，可直接作為肥料施用于土壤。全文摘要一種回收污水污泥中磷、氮營養(yǎng)物質(zhì)的方法，屬于固體廢物處理、處置領(lǐng)域。其特征在于工藝步驟在脫水泥餅中加入一定量的過氧化氫溶液(0.8-1.2gH2O2/g干污泥)，攪拌，使混合均勻，再將上述污泥在微波(2450MHz)80-120℃溫度下輻射處理3-5min；泥水混合液靜置沉淀30min或過濾，傾出上清液備用；調(diào)節(jié)上清液pH至8.0-9.0；然后投加MgCl2溶液，使Mg2+∶PO43-的物質(zhì)的量之比為1.2-1.8∶1，邊加邊緩慢攪拌(100-150r/min)10-20min至出現(xiàn)大量白色沉淀物；靜置沉淀30min，過濾回收所得的白色沉淀物即為鳥糞石。該方法能同時回收富磷污泥中磷和氮，并使污泥減量，鳥糞石純度為95％以上，可作為肥料直接施用于土壤。設(shè)備簡單，操作維護(hù)方便，運行成本較低，不產(chǎn)生任何二次污染。文檔編號C01B25/45GK101695999SQ20091020981公開日2010年4月21日申請日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者葉芬霞申請人:寧波工程學(xué)院;