本發(fā)明涉及一種從污泥單獨(dú)焚燒灰渣中回收磷和去除重金屬的方法，屬于污泥焚燒灰資源化利用領(lǐng)域及污泥焚燒灰渣安全處置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磷是所有生命體賴以生存的必要元素之一，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)及細(xì)胞功能方面起著重要的作用。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人類對(duì)磷礦石的需求量日益增加，而磷在生物圈中是一種單向流動(dòng)的元素，進(jìn)一步加劇了需求和供給之間的矛盾。

城市污水中含有大量的磷，目前生物除磷工藝是利用聚磷菌的吸/釋磷的原理，通過排放剩余污泥來實(shí)現(xiàn)磷的去除。大部分污水中的磷進(jìn)入剩余污泥中，因此，利用剩余污泥回收磷有著很大的潛力?；厥帐Ｓ辔勰嘀械牧讎鴥?nèi)外已做了大量研究，一般采用機(jī)械壓榨、超聲波破解、微波破解或者化學(xué)藥劑如硫酸、氧化劑等方法，但由于剩余污泥中往往含有重金屬、致病菌等有害雜質(zhì)，從富磷剩余污泥中直接回收磷存在風(fēng)險(xiǎn)，且剩余污泥中具有較大的含水率，處理規(guī)模較大、反應(yīng)器占地面積大和藥劑使用量大等諸多弊端。

根據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部的通報(bào)，截至2012年底，全國設(shè)市城市、縣累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠3340座，日處理能力為1.42億立方米。伴隨產(chǎn)生的污泥(含水率以80％計(jì))高達(dá)4000萬噸/年左右，且該數(shù)字還在以10％-15％的速度增加。長(zhǎng)期以來，我國污水處理界普遍存在“重水輕泥”的傾向，遺留下許多污泥處理處置問題。根據(jù)國際污泥無害化處置經(jīng)驗(yàn)以及我國污泥處置現(xiàn)狀，污泥焚燒處置將成為我國污泥處置的主要手段。

污泥焚燒能有效實(shí)現(xiàn)污泥減量化的需求，焚燒后的灰渣含磷化合物得到很大程度富集，但污泥中的重金屬離子未能得到有效去除，僅僅是將污泥中的重金屬離子轉(zhuǎn)移到污泥焚燒灰渣中，污泥焚燒灰渣中的重金屬離子如得不到妥善處理有可能對(duì)環(huán)境造成二次污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種從污泥單獨(dú)焚燒灰渣中回收磷和去除重金屬的方法，克服直接提取磷具有處理量大、藥劑用量大等諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)磷回收量大且效率高、處理規(guī)模小、能夠去除重金屬、磷酸鈣品質(zhì)高的磷回收和重金屬去除的方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種從污泥單獨(dú)焚燒灰渣中回收磷和去除重金屬的方法，從污泥單獨(dú)焚燒廠取得污泥焚燒灰渣，采用硫酸溶解法將污泥焚燒灰渣中的重金屬以及含磷化合物溶解至溶液中得到混合液，混合液進(jìn)入離心分離器固液分離，分離后的殘?jiān)勺鳛橐话銖U棄物處置；分離出殘?jiān)纳锨逡褐屑尤隢aOH調(diào)節(jié)pH至8～10，并加入Na₂S與上清液中重金屬形成沉淀，離心分離后出重金屬沉淀，實(shí)現(xiàn)重金屬的去除；分離去除重金屬沉淀的上清液加入Ca(OH)₂，調(diào)節(jié)pH至10～12，Ca²⁺與溶液中的PO₄^3-形成磷酸鈣沉淀，經(jīng)離心分離后，獲得高品質(zhì)的磷酸鈣。

具體步驟如下：

步驟一：污泥焚燒灰渣經(jīng)球磨機(jī)粉碎至80目以上的細(xì)粉；

步驟二：按固液質(zhì)量比8～12∶1向溶解反應(yīng)器加入磨碎后的污泥焚燒灰渣和硫酸，溶解反應(yīng)器設(shè)有攪拌器攪拌，保證灰渣與硫酸充分接觸，攪拌速度：100～200rpm，溶解反應(yīng)器停留時(shí)間：10～12h，溶解反應(yīng)器的pH控制在1～3之間；溶解反應(yīng)器采用硫酸溶解灰渣中的重金屬氧化物，同時(shí)釋放灰渣中的含磷化合物，此時(shí)，溶液中含磷化合物以H₃PO₄和H₂PO₄^-為主；

步驟三：溶解反應(yīng)器的出水進(jìn)入第一離心分離器，離心分離轉(zhuǎn)速：3000～6000rpm，分離時(shí)間：15～30min，離心分離后不溶于酸的殘?jiān)鳛橐话銖U棄物處理，上清液進(jìn)入反應(yīng)器重金屬脫除反應(yīng)器。

步驟四：上一步上清液以及步驟五和步驟七的部分回流上清液進(jìn)入重金屬脫除反應(yīng)器，重金屬脫除反應(yīng)器為密閉反應(yīng)器，設(shè)有攪拌器，攪拌速度為100～400rpm，在重金屬脫除反應(yīng)器中加入NaOH，調(diào)節(jié)pH至8～10之間，再加入Na₂S可與上清液中的重金屬離子形成硫化物沉淀，達(dá)到去除重金屬的目的；

步驟五：重金屬脫除反應(yīng)器的出水進(jìn)入第二離心分離器，離心分離轉(zhuǎn)速：3000～6000rpm，分離時(shí)間：15～30min，離心分離后上清液進(jìn)入下一級(jí)：磷回收反應(yīng)器，離心分離后的殘?jiān)鼮橹亟饘倭蚧餁堅(jiān)鳛槲ｋU(xiǎn)廢棄物處置；為降低Na₂S和NaOH藥劑使用量，部分離心分離后的上清液回流至步驟四中重金屬脫除反應(yīng)器內(nèi)；

步驟六：上清液進(jìn)入磷回收反應(yīng)器，磷回收反應(yīng)器設(shè)攪拌器，攪拌速度為100～200rpm，反應(yīng)器停留時(shí)間15～30min；磷回收反應(yīng)器中加入Ca(OH)₂，pH控制在9～12之間，溶液中含磷化合物以PO₄^3-和HPO₄^2-存在，PO₄^3-與Ca²⁺形成Ca₃(PO₄)₂沉淀，PO₄^3-含量不斷減小促進(jìn)HPO₄^2-不斷電離出PO₄^3-；

步驟七：磷回收反應(yīng)器出水進(jìn)入第二離心分離器，離心分離轉(zhuǎn)速：4000～8000rpm，分離時(shí)間：20～30min，離心分離后殘?jiān)礊镃a₃(PO₄)₂，離心分離后上清液進(jìn)入下一級(jí)：中和反應(yīng)器；離心分離后的上清液堿性較強(qiáng)，為節(jié)約中和反應(yīng)器酸用量和步驟四中NaOH藥劑使用量，部分上清液回流至重金屬脫除反應(yīng)器；

步驟八：上清液進(jìn)入中和反應(yīng)器，加入H₂SO₄，調(diào)節(jié)pH至7左右，污水達(dá)標(biāo)排放。

有益效果：(1)焚燒后污泥體積縮小到脫水污泥體積的1/10以下，磷酸鹽得到富集，污泥磷回收處理規(guī)模大大縮??；(2)焚燒后灰渣中尤其是飛灰，含有重金屬，需作為危險(xiǎn)廢棄物處置，本發(fā)明中僅重金屬殘?jiān)枳鳛槲ｋU(xiǎn)廢棄物處置，危險(xiǎn)廢棄物處理量大大減??；(3)本方法對(duì)污泥焚燒灰渣中總磷的回收率達(dá)到80～90％，超過濕污泥中磷的回收率，磷回收量大，重金屬去除率達(dá)到90％以上，回收得到的成Ca₃(PO₄)₂不含有重金屬，品質(zhì)高，可商業(yè)出售。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

一種從污泥單獨(dú)焚燒灰渣中回收磷和去除重金屬的方法，從污泥單獨(dú)焚燒廠取得污泥焚燒灰渣，采用硫酸溶解法將污泥焚燒灰渣中的重金屬以及含磷化合物溶解至溶液中得到混合液，混合液進(jìn)入離心分離器固液分離，分離后的殘?jiān)勺鳛橐话銖U棄物處置；分離出殘?jiān)纳锨逡褐屑尤隢aOH調(diào)節(jié)pH至8～10，并加入Na₂S與上清液中重金屬形成沉淀，離心分離后出重金屬沉淀，實(shí)現(xiàn)重金屬的去除；分離去除重金屬沉淀的上清液加入Ca(OH)₂，調(diào)節(jié)pH至10～12，Ca²⁺與溶液中的PO₄^3-形成磷酸鈣沉淀，經(jīng)離心分離后，獲得高品質(zhì)的磷酸鈣。

如附圖1所示，具體步驟如下：

步驟一：污泥焚燒灰渣經(jīng)球磨機(jī)1粉碎至80目以上的細(xì)粉；

步驟二：按固液質(zhì)量比8～12∶1向溶解反應(yīng)器2加入磨碎后的污泥焚燒灰渣和硫酸，溶解反應(yīng)器2設(shè)有攪拌器攪拌，保證灰渣與硫酸充分接觸，攪拌速度：100～200rpm，溶解反應(yīng)器2停留時(shí)間：10～12h，溶解反應(yīng)器2的pH控制在1～3之間；溶解反應(yīng)器采用硫酸溶解灰渣中的重金屬氧化物，同時(shí)釋放灰渣中的含磷化合物，此時(shí)，溶液中含磷化合物以H₃PO₄和H₂PO₄^-為主；

步驟三：溶解反應(yīng)器2的出水進(jìn)入第一離心分離器3，離心分離轉(zhuǎn)速：3000～6000rpm，分離時(shí)間：15～30min，離心分離后不溶于酸的殘?jiān)?，如SiO₂等物質(zhì)作為一般廢棄物處理，上清液進(jìn)入反應(yīng)器重金屬脫除反應(yīng)器4。

步驟四：上一步上清液以及步驟五和步驟七的部分回流上清液進(jìn)入重金屬脫除反應(yīng)器4，重金屬脫除反應(yīng)器4為密閉反應(yīng)器，設(shè)有攪拌器，攪拌速度為100～400rpm，在重金屬脫除反應(yīng)器4中加入NaOH，調(diào)節(jié)pH至8～10之間，再加入Na₂S可與上清液中的C_u²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺等重金屬離子形成硫化物沉淀，達(dá)到去除重金屬的目的；

步驟五：重金屬脫除反應(yīng)器4的出水進(jìn)入第二離心分離器5，離心分離轉(zhuǎn)速：3000～6000rpm，分離時(shí)間：15～30min，離心分離后上清液進(jìn)入下一級(jí)：磷回收反應(yīng)器6，離心分離后的殘?jiān)鼮橹亟饘倭蚧餁堅(jiān)?，作為危險(xiǎn)廢棄物處置；為降低Na₂S和NaOH藥劑使用量，部分離心分離后的上清液回流至步驟四中重金屬脫除反應(yīng)器4內(nèi)；

步驟六：上清液進(jìn)入磷回收反應(yīng)器6，磷回收反應(yīng)器6設(shè)攪拌器，攪拌速度為100～200rpm，反應(yīng)器停留時(shí)間15～30min；磷回收反應(yīng)器6中加入Ca(OH)₂，pH控制在9～12之間，溶液中含磷化合物以PO₄^3-和HPO₄^2-存在，PO₄^3-與Ca²⁺形成Ca₃(PO₄)₂沉淀，PO₄^3-含量不斷減小促進(jìn)HPO₄^2-不斷電離出PO₄^3-；

步驟七：磷回收反應(yīng)器6出水進(jìn)入第二離心分離器7，離心分離轉(zhuǎn)速：4000～8000rpm，分離時(shí)間：20～30min，離心分離后殘?jiān)鼮楦咂焚|(zhì)Ca₃(PO₄)₂，可商業(yè)出售，離心分離后上清液進(jìn)入下一級(jí)：中和反應(yīng)器8；離心分離后的上清液堿性較強(qiáng)，為節(jié)約中和反應(yīng)器酸用量和步驟四中NaOH藥劑使用量，部分上清液回流至重金屬脫除反應(yīng)器5；

步驟八：上清液進(jìn)入中和反應(yīng)器8，加入H₂5O₄，調(diào)節(jié)pH至7左右，污水達(dá)標(biāo)排放。

具體實(shí)施例：污泥焚燒灰渣于105℃下鼓風(fēng)烘箱中干燥24h，磨碎并過80目篩網(wǎng)貯存待用。取3組平行樣，采用國標(biāo)方法測(cè)定總磷含量以及ICP-AES方法測(cè)定重金屬Cu、Cd、Zn含量。稱取5g干燥后污泥焚燒灰渣，按照固液質(zhì)量比8～12∶1稱取1mol/L硫酸，混合液放于燒杯中，于磁力攪拌器上中速攪拌反應(yīng)12h，中途添加硫酸控制pH在1-3之間，反應(yīng)完后混合液進(jìn)入第一離心分離器分離，分離器轉(zhuǎn)速5000rpm，分離時(shí)間20min，測(cè)量上清液體積并抽取部分上清液測(cè)定總磷和重金屬含量，剩余上清液放于燒杯中，加入NaOH調(diào)節(jié)pH在8～10之間，并加入Na2S溶液，燒杯放于磁力攪拌器中速攪拌，反應(yīng)25min后，混合液進(jìn)行離心分離，分離器轉(zhuǎn)速5000rpm，分離時(shí)間20min，測(cè)量上清液體積并抽取部分上清液測(cè)定重金屬含量，剩余上清液放于燒杯中，加入Ca(OH)2，pH控制在9～12之間，燒杯與磁力攪拌器上攪拌，慢速，反應(yīng)時(shí)間25min后，混合液進(jìn)行第二離心分離器分離，分離器轉(zhuǎn)速6000rpm，分離時(shí)間20min，殘?jiān)礊楦咂焚|(zhì)Ca3(PO4)2，測(cè)量上清液體積并抽取部分上清液測(cè)定總磷含量。經(jīng)過測(cè)定和分析，磷溶解效率達(dá)到90～95％，溶解后磷沉淀效率達(dá)到95％左右，整個(gè)磷回收效率達(dá)到90％左右，重金屬去除效率達(dá)到95％以上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。