[发明专利]高生物利用度含磷污泥基炭材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷元素的回收再利用的方法，特别是涉及一种从含磷污泥中进行磷回收的方法，还特别是涉及一种制备无机磷的制备方法，应用于市政污泥处理、处置及废弃物资源化富集生命体必须的营养元素材料技术领域。

背景技术

作为生命体必须的营养元素，磷在动植物的生长过程中有着不可或缺的作用。目前，全球对于磷资源的使用主要源于磷矿石的开采和挖掘。然而，磷属于不可再生资源，正面临快速枯竭的问题。同时，由于人类生活和生产中大量的使用和排放，磷资源的流失问题也日趋突出。这些流失的磷元素通过迁移，最终造成地下水、地表水和土壤等环境介质的严重污染，例如水体的富营养化。因此，对于磷元素的回收再利用，不仅有利于解决磷资源短缺的难题，还可以缓解日趋严重的污染现状。

市政污水处理厂中的污水经过处理和排放后，大约有90％的磷元素保留在产生的污泥中。因此市政污泥也被公认为“第二磷源”，并且常被用以磷资源的回收研究。目前，在污泥中实现磷资源回收的研究，主要集中在通过物理、化学或者生物手段使磷从固体细胞或者胞外聚合物(EPS)释放到液相中，后期将释放出的磷进行下一步回收。其中，污泥破解技术是国内外污泥处理处置方面的研究热点。常规的破解技术主要包括：高级氧化破解技术、超声破解技术以及电化学破解技术等，这些研究在理论和实际应用中取得了磷回收的良好效果。此外，有研究指出，热破解处理技术可以大幅度提高污泥脱水性能，同时也可以使得污泥细胞内的磷大量释放，适当加酸还可以提高污泥中磷的释出率，正磷酸盐迅速释放到污泥上清液中。申请号为201010300041.4的中国专利文献公开了“一种从含磷污泥中进行磷回收的方法”，其采用热酸组合的方式实现污泥磷释放，然后针对固液分离后的上清液加入镁源实现磷的沉淀，最终干燥得到磷产品。这种处理方式虽然可以达到较好的回收磷效果，但是破解污泥的步骤繁琐，能耗较大，并且磷释放后的剩余污泥依然以废物性质存在。

磷酸盐的形态主要分为有机磷(OP)和无机磷(IP)，而无机磷又可以细分为磷灰石(AP)和非磷灰石(NAIP)。磷灰石是指钙或者镁结合的磷，非磷灰石是指附着在铁、铝或者锰氧化物(氢氧化物)上的磷形态。Rundong Li等研究发现(Rundong Li,Wenchao Teng,Yanlong Li.Potential recovery of phosphorus during the fluidized bed incineration of sewage sludge,Journal of Cleaner Production 140(2017)964-970)，磷灰石对于植物的生长更加有利，因此在土壤修复中对磷灰石的需求量更加巨大，如何获取大量的磷灰石材料成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高生物利用度含磷污泥基炭材料的制备方法，通过水热反应在外加钙源的条件下调控污泥中磷酸盐形态的转化，最终生成高生物利用度的含磷污泥基炭材料，且操作简单，耗能小，无二次污染。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高生物利用度含磷污泥基炭材料的制备方法，包括如下步骤：

a.取500～1000g市政剩余污泥，在100～110℃条件下干燥24～72h，然后进行研磨，并过20～100目筛，收集得到污泥粉末，然后将收集污泥粉末放置于0～5℃的条件下冷存备用；

b.混合物搅拌：

按照污泥粉末和钙源材添加剂的设定的混合比例，取在所述步骤a中制备的污泥粉末5～10g，并将污泥粉末与0.1～1g钙源添加剂一并放置于容器中，并加入50～100ml的水，搅拌1～2h，得到污泥粉末和钙源添加剂的混合浆液；上述钙源添加剂优选采用固体CaO粉末和CaCl₂粉末中的任意一种或者两者的混合材料；

c.对污泥粉末和钙源材料粉末的混合浆进行通氮气过程：

将在所述步骤b中搅拌均匀的混合浆液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中进行密闭封存，然后向反应釜内衬中通入氮气5～15min进行洗气，将反应釜内衬中的空气排出，使混合浆液处于氮气保护气氛下，然后将反应釜内衬放入不锈钢反应釜罐体内；

d.水热反应工艺过程：

将在所述步骤c中的装有污泥粉末和钙源添加剂的混合浆液的反应釜罐体放入烘箱中，将污泥粉末和钙源添加剂的混合浆液作为反应物，在180～280℃下反应1～8h，制备混合产物；