[发明专利]城市污水处理厂污泥磷回收的方法

说明书

技术领域

本发明属于污泥处理与资源化技术领域，特别涉及一种城市污水处理厂污泥磷回收的方法。

背景技术

磷是所有生命体赖以生存的必需元素之一，在细胞结构及细胞功能方面起着重要作用；磷又是一种不可再生资源，自然界中的磷矿石储量有限。众所周知，过量的磷排放是造成水体富营养化的重要原因，通常水体中的总磷浓度达到0.02mg/L时，水环境的生态平衡就会遭到破坏。为了有效遏制水体富营养化，城市污水处理厂在去除污水中有机污染物的同时，也需要去除污水中的氮、磷。城市污水中的磷可通过化学和生物方法得以去除。与化学除磷相比，强化生物除磷工艺(Enhanced biological phosphorus removal，EBPR)由于其经济性的优势在世界范围内得到了广泛的应用。经过EBPR净化，城市污水中的磷转移到了污泥中，EBPR工艺产生的污泥含磷量约为4％，甚至高达9％以上。据报道，2000年我国磷矿平均品位为18.713％ P₂O₅，折合成P％仅为8.17％。因此，采用EBPR工艺的城市污水处理厂产生的污泥适合作为磷回收的原料。此外，城市污水处理厂处置污泥的一个重要手段是污泥土地利用。然而，由于污泥中含有有机污染物、重金属和病原菌等，随着世界各国逐渐严格的法律法规的出台以及民众环境安全意识的提高，污泥土地利用也越来越受到限制。例如，在瑞典，农民联合组织及食品工业颁布了禁令，禁止污泥施用于农田。所以，以适当的方式进行污泥磷回收，既可为城市污水处理厂的污泥处理与处置提供一条新途径，又可缓解磷资源匮乏的压力。

污泥磷回收过程分为两个阶段：释放和回收，其中首要关键因素是磷释放，也就是将磷从污泥(固相)释放到液相，从而可为后续的磷回收奠定基础。为了将污泥中的磷迅速释放出来，以满足磷回收的需要，各国学者引入了多种物理、化学手段，如Akio Kuroda，et al.，A simple method to releasepolyphosphate from activated sludge for phosphorus reuse and recycling.Biotechnology and Bioengineering，2002.78(3)：p.333～338；及薛涛、黄霞、郝王娟，剩余污泥热处理过程中磷、氮和有机碳的释放特性。中国给水排水，2006(23)：p.22～25所报导的加热法；Saktaywin，W.，et al.，Advanced sewagetreatment process with excess sludge reduction and phosphorus recovery.WaterResearch，2005.39(5)：p.902～910所报导的臭氧氧化法；Liao，P.H.，D.S.Mavinic，F.A.Koch，Release of phosphorus from biological nutrient removalsludges： A study of sludge pretreatment methods to optimize phosphorus releasefor subsequent recovery purpose

目前，鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O，MAP)与磷酸钙被认为是最具有前景的磷回收途径，也是研究与应用最多的内容。鸟粪石是一种难溶于水的白色晶体，0℃时，1L水中仅能溶解0.023g，常温下，在水中的溶度积仅为2.5×10^-13。对于磷酸钙，尚未有一个简单明确的定义，它包括多种不同的形式，如磷酸氢钙(DCPA)、磷酸八钙(OCP)、无定形磷酸钙(ACP)、多羟基磷灰石(HAP)、磷酸钙(TCP)等。其中HAP的分子式为Ca₅(PO₄)₃OH，是热力学最稳定的磷酸钙盐，25℃时其溶度积仅为10^-55.9。

因此，污泥磷回收的关键是如何经济高效地将污泥中的磷素释放出来，从而为后续的磷回收奠定坚实的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济高效的回收城市污水处理厂污泥中磷元素的方法，可作为城市污水处理厂污泥处理及资源化的技术。