[发明专利]一种从剩余污泥中制备和提纯鸟粪石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从城市污水处理厂的剩余污泥中制备和提纯鸟粪石的方法，属于资源与环境技术领域。

背景技术

随着城市污水处理能力的不断提高，污水处理厂产生的污泥特别是剩余污泥的量越来越大，危害也日益严重。同时，污泥也是一种可利用的资源，含有植物生长所需要的氮、磷、钾等营养元素以及维持植物正常生长发育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机物及腐殖质。因此，如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化和无害化已成为污水处理行业亟待解决的重大课题。在剩余污泥资源化的研究中，考虑到磷的可持续利用问题而开展的对剩余污泥中磷的回收利用问题已成为业界关注的热点之一。目前，鸟粪石与磷酸钙被认为是最有发展前景的磷回收途径，特别是鸟粪石沉淀法由于可以同时回收氮磷两种元素而备受青睐。

鸟粪石沉淀法回收氮磷的原理在于当污水中同时存在NH₄⁺、PO₄^3-和Mg²⁺时，发生如下反应：

Mg²⁺+PO₄^3-+NH₄⁺+6H₂O—→MgNH₄PO₄·6H₂O

生成物MgNH₄PO₄·6H₂O，即磷酸铵镁，简称为MAP，俗称鸟粪石，其纯晶体为白色晶体，是一种能够实现氮磷资源有效利用的环境友好型缓释肥料，近年来备受关注。

鸟粪石沉淀法不仅可以同时去除和回收氮、磷从而降低回收液中氮磷负荷，实现污泥的减量化和无害化，而且回收得到的鸟粪石是一种很好的缓释肥料，可以在农业生产上再次利用。因此，对我国这样一个农业大国来说，研究利用鸟粪石沉淀法回收污泥处理构筑物中的氮和磷，无疑具有更加重大的现实意义。

目前对鸟粪石沉淀法回收污泥中氮磷方法的研究多集中在对形成条件的探讨上，而对从剩余污泥中得到较高纯度鸟粪石物质的方法则鲜有报道。

发明内容

本发明针对剩余污泥的初始特性与现有方法所得鸟粪石纯度难以令人满意的不足，提供了一种从剩余污泥中制备高纯度鸟粪石物质的方法，该方法不仅能够得到高纯度的鸟粪石物质，而且能够减轻污泥处理过程中所产生上清液回流对污水处理流程的氮磷冲击负荷，从而改善污水处理厂的运行。

本发明提供的技术方案是一种从剩余污泥中制备高纯度鸟粪石物质的方法，其特征在于方法按如下步骤进行：

1)将剩余污泥置于SBR反应器内，控制搅拌速度在适当范围内(此时剩余污泥能够搅拌均匀但不至于产生漩涡)，使用一定浓度的HCl和NaOH溶液调节pH在3～5范围内，在室温环境下进行反应，以使剩余污泥中的氮磷释放至上清液中。反应进行2～4h后，得到富含氨氮、正磷酸盐和钙镁离子的污泥上清液。

2)使用一定浓度的MgCl₂溶液将钠型强酸性阳离子交换树脂改型为镁型强酸性阳离子交换树脂。

3)将步骤1)中所得污泥上清液以一定流速通过装有改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱，进行钙离子的去除，以改变污泥上清液中的钙镁物质的量之比(简记为Mg/Ca)，以Mg/Ca小于5作为树脂泄漏点。

4)将步骤3)中所得的离子交换后污泥上清液置于鸟粪石制备反应器中，用一定浓度的HCl和NaOH溶液调节溶液的pH在8.5～9.5，在100～200r/min的速度下搅拌至出现大量灰白色沉淀物，静置沉淀后回收富含鸟粪石的灰白色沉淀物。

本发明的有益效果是：

1)在较短时间内实现了将剩余污泥中的氮磷从固相转移到液相中去，从而实现了富含氮磷溶液的快速获得。

2)通过镁型强酸性阳离子交换树脂的离子交换，提高了富含氮磷溶液中的Mg/Ca，从而最大限度地消除了钙离子对形成鸟粪石物质的影响。

3)得到了鸟粪石纯度在95％以上的沉淀产品。

附图说明

本发明的附图为实施例的工艺流程图。

图中标号：1.电动搅拌器，2.蠕动泵，3.改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂，4.磁力搅拌器。

具体实施方式

取某污水处理厂(采用A²/O工艺)回流污泥泵房的剩余污泥，置于剩余污泥中氮磷释放装置内，控制搅拌速度在70～90r/min的范围内(此时剩余污泥能够搅拌均匀但不至于产生漩涡)，使用2mol/L的HCl和NaOH溶液调节pH为3±0.2范围内，在室温环境下进行反应，反应进行4h后，得到含氨氮、正磷酸盐和钙、镁离子浓度分别为239.2mg/L、128mg/L、399.7mg/L和196.2mg/L的污泥上清液。在剩余污泥中氮磷释放的同时，用浓度为3％的MgCl₂溶液将所购001×7强酸性阳离子交换树脂由钠型改为镁型。然后，取40ml改型完成后的镁型强酸性阳离子交换树脂，装入交换柱中，用蠕动泵将欲处理污泥上清液以2cm/min的流速流经交换柱，将离子交换前后的污泥上清液中的Mg/Ca由0.4提高到9.8。接下来，将离子交换后所得溶液置于鸟粪石制备装置中，投加一定浓度的HCl和NaOH溶液调节溶液的pH为9.5，在100r/min的速度下搅拌10后出现大量灰白色沉淀物，静置沉淀后回收得到鸟粪石纯度为96.85％的灰白色沉淀物。