用于从流中回收磷酸盐的方法和系统
阅读：585发布：2021-08-01
专利汇可以提供用于从流中回收磷酸盐的方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于从流诸如废物流、污 水 或另一 污泥 流中回收 磷酸 盐 的方法和系统。该方法包括以下步骤：提供包含初始量的磷酸盐的进入流；-将 铁 盐定量给料到流中和/或控制到流中的铁盐，使得在流中形成沉淀物，其中沉淀物包含蓝铁矿样结构物，该蓝铁矿样结构物包含进入流中的初始量的磷酸盐的多于60％，并且优选地还包括以下步骤：从流中分离蓝铁矿样结构物；和从分离的蓝铁矿样结构物中回收磷酸盐。，下面是用于从流中回收磷酸盐的方法和系统专利的具体信息内容。
1.用于从流诸如废物流、污水或另一污泥流中回收磷酸盐的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供包含初始量的磷酸盐的进入流；
-将铁盐定量给料到所述流中和/或控制到所述流中的铁盐，使得在所述流中形成沉淀物，其中所述沉淀物包含蓝铁矿样结构物，所述蓝铁矿样结构物包含所述进入流中的所述初始量的磷酸盐的多于60％；
-从所述流中分离所述蓝铁矿样结构物；和
-从分离的蓝铁矿样结构物中回收所述磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蓝铁矿样结构物包含所述进入流中的所述初始量的磷酸盐的多于70％，优选地多于80％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述铁盐包括氯化铁和硫酸铁中的一种或更多种。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中定量给料铁盐包括加入一定量的铁，其中铁:磷的摩尔比率为至少1.25，优选地至少1.5。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括响应于所述进入流中的所述初始量的磷酸盐的测量来控制铁盐的定量给料的步骤。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中从所述流中分离所述蓝铁矿样结构物包括用磁性分离器和/或电磁分离器磁性分离所述结构物。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中从所述流中分离所述蓝铁矿样结构物包括用重力分离器分离所述结构物。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中回收所述磷酸盐的步骤包括处理所述蓝铁矿样结构物以产生氧化铁沉淀物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中处理所述蓝铁矿样结构物包括执行碱处理以产生磷酸钾溶液。
10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括用盐酸处理所述氧化铁以产生氯化铁的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在定量给料铁盐的步骤中再循环所述氯化铁的步骤。
12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述流是到厌氧处理系统诸如消化器的流。
13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中铁被加入到反应器中的污泥中，并且在消化器中反应以形成蓝铁矿。
14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述流包括废物流和/或污水污泥和/或工业污泥和/或任何其他类型的污泥。
15.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述流的pH在6-10的范围内，优选地在6-9的范围内，更优选地在7-8的范围内。
16.用于从流中回收磷酸盐的系统，所述系统包括：
-反应器，所述反应器包括：
-入口，所述入口用于包含初始量的磷酸盐的进入流；
-铁盐定量给料装置，所述铁盐定量给料装置被配置成用于将铁盐定量给料在所述反应器中，使得在所述流中形成沉淀物，其中所述沉淀物包含蓝铁矿样结构物，所述蓝铁矿样结构物包含所述进入流中的所述初始量的磷酸盐的多于60％；以及
-出口。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括：
-分离器，所述分离器用于从所述流中分离所述蓝铁矿样结构物；和
-处理系统，所述处理系统用于处理分离的蓝铁矿样结构物以产生氧化铁沉淀物。
18.根据权利要求16或17所述的系统，还包括定量给料控制器和磷酸盐测量系统，所述定量给料控制器和磷酸盐测量系统被配置成响应于所述进入流中的所述初始量的磷酸盐的测量来控制铁盐的定量给料。
用于从流中回收磷酸盐的方法和系统
[0003] 常规的从废水中回收磷包括在EBPR设备中生产鸟粪石和/或从污泥灰中回收磷。已知鸟粪石沉淀能够实现磷的回收。然而，以鸟粪石回收磷的效率通常仅在总流入物磷负载的10％-50％的范围内。此外，鸟粪石沉淀限于使用EBPR的设备。涉及从污泥灰中回收磷的焚烧是相对昂贵的。此外，污泥可以被应用于农业用地。然而，由于粪肥过剩，存在具有过剩的磷的农业用地的地区。此外，污泥/粪肥的元素组成可能与作物需求不匹配。
[0004] 本发明的目的是提供用于从流中回收磷酸盐/磷的方法，该方法消除或至少减少了上述问题并且与常规方法相比更有效和/或更高效。
[0005] 此目的通过根据本发明的从流诸如废物流、污水或另一污泥流中回收磷酸盐/磷的方法来实现，其中该方法包括以下步骤：
[0006] -提供包含初始量的磷酸盐的进入流(incoming stream)；和
[0007] -将铁盐定量给料到流中和/或控制到流中的铁盐，使得在流中形成沉淀物，其中沉淀物包含蓝铁矿样结构物(vivianite like structures)，该蓝铁矿样结构物包含进入流中的初始量的磷酸盐的多于60％。
[0008] 流可以包含磷酸盐(PO4)，其是包含元素磷(P)的相关流中的主要分子。这些流涉及(湿)废水流、污水、粪肥或其他流。例如，在本发明的实施方案中，废水处理设备包含与进入的污水接触的活性污泥(在首先通过初级澄清器去除颗粒之后)。污泥(主要包含微生物生物质)由污水中溶解的或胶体有机物的需氧氧化生长而成。为了从溶液中去除磷酸盐，将铁盐加入到活性污泥和污水混合物中。形成的沉淀物将是污泥的一部分。优选地，污泥通过二次澄清器-沉降器保留在废水处理设备中。该澄清器的上清液是处理的水，并且沉降的活性污泥被返回到曝气池。由于生物质生长和无机物的积累，一些沉降的污泥需要被处理掉。这是废活性污泥。该废活性污泥被厌氧地消化以减少沼气形式的体积和回收能量。在该厌氧消化期间，形成蓝铁矿(部分地由于Fe(III)还原成铁Fe(II))。示出，在消化后，作为蓝铁矿存在的磷酸盐的分数取决于废活性污泥中的铁和磷酸盐之间的摩尔比率，并且因此取决于在厌氧消化前加入到活性污泥设备中的铁的量。消化的污泥优选地被进料到磁性分离器中，以从剩余的消化的污泥(大部分是有机物)中分离磁性蓝铁矿样结构物。示出，这能够实现磷酸盐的回收。
[0009] 将铁盐定量给料到流和/或控制到流的铁盐使得能够在流中形成沉淀物。更具体地，将铁盐定量给料到流使得能够形成蓝铁矿(其是一种Fe(II)磷酸盐矿物：Fe3(II)[PO4]2·8H2O)或蓝铁矿样结构物。蓝铁矿样结构物包括纯蓝铁矿，并且还包括包含一些杂质如镁或钙的结构物。
[0010] 定量给料和/或控制是调节和/或测量和/或确定铁盐的量，其中铁盐的量在0M至饱和溶液的范围内，优选地保持特定的比率。例如，稍后将描述的一个。
[0011] 在本发明的目前优选的实施方案中，将磷酸盐从污水处理设备中的废水中去除。在实验中看到，通常形成Fe(III)磷酸盐沉淀物和蓝铁矿样结构物的混合物。在优选的厌氧/缺氧消化步骤(例如用于在粪肥/污水处理期间产生沼气)之后，所有Fe(III)转化为Fe(II)，并且可以形成蓝铁矿样结构物。在所提及的实验中，当不存在氧且细菌活跃时，这些蓝铁矿样结构物有效地形成。此外，在没有该厌氧/缺氧步骤的情况下，可能发生蓝铁矿的形成。然而，在所提及的实验中，示出在本发明的优选的实施方案中，在厌氧/缺氧消化期间有利于蓝铁矿的形成。
[0012] 蓝铁矿样结构物本身可以构成有价值的磷源。任选地，进一步处理该结构物以从该结构物中回收磷酸盐。根据本发明，该方法还包括以下步骤：
[0013] -从流中分离蓝铁矿样结构物；和
[0014] -从分离的蓝铁矿样结构物中回收磷酸盐。
[0015] 根据本发明，当进入流中的初始量的磷酸盐的多于60％(且高达90％)被并入到蓝铁矿样结构物中时，有效地实现磷酸盐回收。这能够实现从流中有效地去除磷。根据本发明的方法，该去除通过从流中分离蓝铁矿样结构物来实现。蓝铁矿样结构物的此分离使得能够从流中去除磷酸盐。作为另外的结果，这(间接地)消除或至少减少了由于铁的定量给料引起的与接收地表水的流出物的富营养化相关的问题。换句话说，较高的Fe剂量(相比于正常情况)还可以有助于降低污水处理设备的流出物中的磷酸盐浓度。
[0016] 作为根据本发明的用于磷酸盐回收的方法的下一步骤，从分离的蓝铁矿样结构物中回收磷酸盐。这能够实现磷的再循环。此外，由于磷的有限的可用性，因此磷的回收是期望的，使得例如废水流可以充当磷的第二来源。这使得流诸如废物流、污水和粪肥成为磷的替代来源。这也允许循环使用磷酸盐，磷酸盐是肥料的重要组分。这改善了全球食品生产的可持续性，全球食品生产涉及磷作为必需的营养素。
[0017] 此外，与包括鸟粪石沉淀的可选择的常规方法相比，通过将多于60％，优选地高达约90％或更多的量的磷酸盐“捕获”到蓝铁矿样结构物中，实现了改善的去除率和/或回收率。表明在铁蓝铁矿(包括其结构物)的存在下，相比于其他无机磷酸盐相，优选地形成。更具体地，在足够的铁的存在下，蓝铁矿样结构物的形成受流中的有机磷酸盐和硫化物的限制。形成的蓝铁矿样结构物基本上形成为具有基本上在10μm-100μm的范围内的尺寸的晶体和/或聚集物。取决于初始流和其中的组分，蓝铁矿样结构物的纯度可以是相对高的，从而使得能够在不同的工艺中应用该结构物。例如，在目前优选的实施方案中，磷酸盐从分离的蓝铁矿样结构物中回收，以使得能够例如用于肥料生产。任选地，蓝铁矿样结构物可以被用作颜色颜料，并且例如用于生产锂铁电池。
[0018] 任选地，此外或作为替代方案，分离的蓝铁矿颗粒(或合成产生的蓝铁矿)也可以在废物流中再循环以允许另外的生长。以这样的方式，形成的(较大的)蓝铁矿颗粒可以更容易从废水中分离，例如使用分离器，诸如(电)磁分离器。该“生长”过程也被称为播种(seeding)。此外，可以预期其他可能性，诸如从蓝铁矿生产出食品级磷酸的可能性。
[0019] 从流诸如污水污泥中磷酸盐的改善的去除率和回收率，消除或至少减少了对污泥焚烧的需求，能够实现磷酸盐的回收和与之相关的资本投资。此外，与一些常规工艺相比，根据本发明的方法不依赖于化学品的大量使用。更具体地，蓝铁矿样结构物从流中分离，并且所产生的浓缩的流可以经历后处理，该后处理可以包括专用的化学处理。该处理能够实现铁的循环使用。此外在这样的情况下，实现了化学品使用的显著减少。
[0020] 在本发明的目前优选的实施方案中，蓝铁矿样结构物包含进入流的初始量的磷酸盐的多于70％，优选地多于80％，并且最优选地约90％或甚至更多。这还改善了从流中去除和/或回收磷酸盐的效率。用根据本发明的方法进行的测量甚至示出，污水污泥中磷酸盐总量的多于80％，诸如约90％被结合在蓝铁矿中。例如，与传统的鸟粪石技术相比，这显著地改善了磷酸盐的回收效率。
[0021] 铁盐也被称为Fe(II)/FE(III)盐。优选地，加入到流中的铁盐包括氯化铁和硫酸铁中的一种或更多种。实验示出，这些特定的铁盐的使用通过在流中有效地形成期望的沉淀物来实现有效的去除和/或回收。
[0022] 在本发明的目前优选的实施方案中，将铁盐定量给料到流的步骤包括加入一定量的铁，其中铁与磷的摩尔比率为至少1.3，优选地至少1.5。
[0023] 通过根据优选的摩尔比率定量给料铁盐，进入流中的磷酸盐有效地被包含在蓝铁矿样结构物中。氯化铁(iron chloride)可以包括三氯化铁(ferric chloride)和/或氯化亚铁。目前优选的范围是从1.3至1.9，其中实际值更优选地为约1.5。
[0024] 任选地，在实际结合流中的磷酸盐之前，将一些另外的铁盐加入到流中以结合进入流中的硫化物。优选地，已知硫化物和/或磷酸盐的量改善铁盐的有效定量给料，并且防止给料不足和/或过度给料。这还可以改善磷酸盐去除和/或磷酸盐回收的效率。特别是与常规处理设备相比，相对高的量的定量给料的铁盐不仅能够实现磷酸盐的去除，而且还能够实现磷酸盐的有效回收。
[0025] 更具体地，在目前优选的实施方案中，铁盐的定量给料通过(定量给料)控制器响应于进入流中的初始量的磷酸盐的测量来控制。如已经提及的，通过测量进入流中的磷酸盐的量，可以实现铁盐到流的专门定量给料。这防止了给料不足和/或过度给料，从而改善了整体效率。将理解，此外或作为替代方案，也可以预期其他测量，诸如在厌氧阶段后测量。
[0026] 作为实例，在目前优选的厌氧阶段之后，可以测量总铁(Fe)和总磷(P)。然后，响应于测量结果，调节铁的定量给料，以达到前面提到的用于最佳P回收的污泥中期望的Fe:P比率。该最佳比率优选地在1.3和1.9之间的某一处。在(商业)应用中，这可以约每周一次或以其他时间间隔监控。在实践中，由于某个原因，有机磷的量可以是非常高的。这可能限制蓝铁矿的形成，因为有机磷不能用于蓝铁矿的形成和/或硫化物以高浓度存在(这将需要进一步的铁过量给料，因为在基本上所有硫化物都已经反应成硫化铁后，蓝铁矿的形成以有效的速率开始)。因此，在这些情况下，评估/测量厌氧阶段期间有机磷和硫化物的存在还可以改善去除/回收。
[0027] 在本发明的目前优选的实施方案中，从流中分离蓝铁矿样结构物包括用磁性分离器和/或电磁分离器磁性分离该结构物。
[0028] 磁性分离器和/或电磁分离器的使用实现了从流中高效和有效地分离蓝铁矿样结构物。这样的分离器可以包括通道，围绕该通道设置磁体或电磁体，该磁体或电磁体吸引蓝铁矿样结构物，同时其他非磁性材料继续行进穿过该通道，使得磁性分离的材料与非磁性材料分离。任选地，这可以包括使用异型板、壁或表面，如高梯度磁性分离器的已知的部件，诸如例如Jones分离器。这使得能够有效和高效地从流中分离磁性蓝铁矿样结构物。
[0031] 在本发明的另外的优选的实施方案中，从分离的蓝铁矿样结构物中回收磷酸盐和可能地铁的步骤包括处理蓝铁矿样结构物以产生氧化铁沉淀物。
[0032] 在本发明的另外的优选的实施方案中，在从粘附于蓝铁矿样颗粒或缠结蓝铁矿样颗粒的有机颗粒诸如纤维中释放(释放)蓝铁矿样颗粒的工艺步骤之后，通过磁性分离和/或重力分离从流中浓缩蓝铁矿样颗粒。一般来说，通过高速转子或射流对液相的强烈剪切将促进嵌入在液体中的不同类型的颗粒的释放。从有机颗粒中释放蓝铁矿样颗粒继而将促进后续的磁性分离和/或重力分离的效力。
[0034] 在目前优选的实施方案中，碱处理包括加入氢氧化钾，其使得能够产生磷酸钾溶液。这样的包括碱处理的磷酸盐的回收能够实现有效的回收，该有效的回收使得能够有效地再利用例如可以作为肥料应用的磷酸钾溶液中的磷酸盐和钾。
[0035] 在本发明的另外的优选的实施方案中，该方法还包括用盐酸处理氧化铁以产生氯化铁的步骤。
[0036] 通过进行另外的处理步骤，产生的氧化铁可以与盐酸反应以产生氯化铁。优选地，氯化铁的该产生能够实现所产生的氯化铁的再循环步骤到铁盐到流的定量给料步骤。这通过使该方法中的铁再循环改善了用于磷酸盐回收的方法的整体效率。此外，氧化铁可以原样用于其他(现有的)工艺，例如作为铁矿石的替代物。
[0037] 在目前优选的实施方案中，进入流是到厌氧处理系统诸如消化器的流。工艺步骤的这样的组合改善了整体工艺效率。
[0038] 在目前优选的实施方案中，将铁加入到反应器中的污泥中，并且在消化器中反应以形成蓝铁矿。优点是，这将允许以含有低浓度的可回收材料的污泥开始。
[0039] 在目前优选的实施方案中，这样的流存在污水污泥和/或工业污泥和/或任何其他类型的污泥。该工艺的优点是它不限于特定类型的污泥。这改善了整体工艺效率。
[0040] 在目前优选的实施方案中，这样的流的pH在6-10的范围内，优选地在6-9的范围内，更优选地在7-8的范围内。宽的pH范围的优点是这样的流不需要被预处理。结果是需要更少的化学品，并且整个工艺的效率改善。令人惊讶地，该方法在7-8的pH范围内表现出高于预期。
[0041] 本发明还涉及用于从流中回收磷酸盐的系统，该系统能够执行根据本发明的实施方案中的一个或更多个的方法，其中该系统包括：
[0042] -反应器，该反应器包括：
[0043] -入口，该入口用于包含初始量的磷酸盐的进入流；
[0044] -铁盐定量给料装置(iron salt dosing device)，该铁盐定量给料装置被配置成用于将铁盐定量给料在反应器中，使得在流中形成沉淀物，其中沉淀物包含蓝铁矿样结构物，该蓝铁矿样结构物包含进入流中的初始量的磷酸盐的多于60％；以及[0045] -出口。
[0046] 该系统提供了与关于该方法所描述的效果和优点相同的效果和优点。
[0047] 优选地，该系统还包括：
[0048] -分离器，该分离器用于从流中分离蓝铁矿样结构物；和
[0049] -处理系统，该处理系统用于处理蓝铁矿样结构物以产生氧化铁沉淀物。
[0050] 更具体地，该系统使得能够从流中高效和有效地回收磷酸盐，该系统包括分离器，诸如磁性分离器/电磁分离器和/或重力分离器。处理系统可以使得能够执行不同的处理步骤，优选地包括碱处理。
[0051] 在目前优选的实施方案中，该系统还包括例如定量给料控制器和磷酸盐测量系统，该定量给料控制器和磷酸盐测量系统被配置成响应于进入流中的初始量的磷酸盐的测量来控制铁盐的定量给料。这进一步改善了铁盐定量给料的整体效率，防止铁到流中的给料不足和/或过量给料。任选地，此外或作为替代方案，还可以测量硫化物的量，以进一步改善定量给料。如先前所提及的，根据本发明，也可以预期其他测量。
[0052] 如先前所提及的，可选择地和/或除了硫化物测量之外，可以测量总铁(Fe)和总磷(P)。
[0054] -图1示出了根据本发明的方法；
[0055] -图2示出了能够执行图1的方法的系统的实施方案；
[0056] -图3示出了可以用于图2的系统中的磁性分离器；和
[0057] -图4示出了在SEM-EDX的情况下的蓝铁矿。
[0058] 工艺2(图1)从包含一定量的磷酸盐的流4的供应开始。在所图示的实施方案中，测量步骤6测量磷酸盐和/或硫化物的量。计算步骤8确定待定量给料到流中的铁或铁盐的最佳的量。在定量给料步骤10中，将铁加入到流中，以使得能够形成12种包含蓝铁矿样结构物的沉淀物。在分离步骤14中，从流中分离并去除蓝铁矿样结构物。蓝铁矿样结构物经历后处理以回收磷组分，诸如碱处理16。例如，该处理可以提供可以用作18肥料的磷酸钾溶液。氧化铁沉淀物可以用盐酸处理20，产生可以用于定量给料步骤10的再循环铁流22。再循环流22甚至可以消除对外部铁的需求，或者至少显著地减少该需求。
[0059] 回收系统24(图2)包括接收进入流4的反应器26。在所图示的实施方案中，在反应器26中保持厌氧/缺氧条件。来自反应器26的流28被引导到分离器30。污泥/废物32离开系统24。
[0060] 在所图示的实施方案中，所产生的蓝铁矿样结构物34被提供给碱性反应器36以能够进行后处理，或者直接应用蓝铁矿样结构物34。回收的磷酸盐，例如呈磷酸钾的形式，在流38中离开反应器36，并且例如可以用作肥料。氧化铁作为流40离开反应器36，并且可以在酸反应器42中处理，或者可以原样使用。该处理使得铁盐的再循环流22能够向定量给料装置44提供铁，使得定量给料流46能够进入反应器26。因此，定量给料装置44从再循环流22和外部的进入流48接收铁或铁盐。
[0061] 在一个优选的实施方案中，确定期望的比率，测量实际浓度并计算期望的剂量，以便定量给料所需的和最佳的量的铁盐，以保持和/或实现优选的比率。
[0062] 在所图示的实施方案中，传感器50测量反应器26中的流的组成，例如磷酸盐的量。测量信号52被提供给控制器54，控制器54确定定量给料装置44的控制设置56。这可能包括对污泥的定期取样，例如每周，并且分析样品。将理解，也可以用一个或更多个传感器50测量其他组分，诸如优选地在消化器中测量的硫化物的量。优选地，控制器54还向酸定量给料装置60提供控制设置58，酸定量给料装置60向酸反应器42提供酸，诸如盐酸。
[0063] 在污水处理设备中，反应器26包括接收富磷酸盐流入物的接收反应器(污水处理设备、废水处理设备)。优选地，贫磷酸盐流出物通过出口(未示出)离开系统。富磷酸盐流出物28被提供给厌氧消化器，在所图示的实施方案中，厌氧消化器是反应器26的一部分。将铁任选地加入到接收反应器和/或厌氧消化器中。
[0064] 将理解，根据本发明，还可以预期实现本发明的其他配置。例如，如所提及的，可以在厌氧阶段之前加入铁以达到优选的Fe:P范围，以进一步降低下游磷水平。
[0065] 分离器30(图3)包括框架或壳体62、第一磁体64以及有利地第二磁体66，框架或壳体62优选地由钢或用于引导磁通量的另一种可磁化材料制成。磁体64、66被设置在其中设置组件68的一定距离处。组件68包括第一(可磁化的)板70和第二板72，在所图示的实施方案中，第一(可磁化的)板70和第二板72设置有轮廓74。在所图示的实施方案中，锯齿状轮廓74具有约1mm-2mm的高度H和约3mm-4mm的宽度W。板70、72以在0.1mm-1mm的范围内的距离D设置，优选地在0.2mm-0.4mm的范围内。将理解，根据本发明，可以应用用于分离器30的另一种配置和/或其他分离器技术。
[0066] 根据本发明的方法被应用于具有不同特征/组成的不同的进入流。在实验中，污泥在厌氧或缺氧条件下保持持续若干天，例如持续约20天-30天。蓝铁矿样结构物的量通过光谱和半定量XRD测量来确定。该表图示了蓝铁矿结合的磷随污泥中的摩尔Fe:P增加。例如，约1.11的摩尔比率导致多于60％的进入的磷结合在蓝铁矿中，而在更高的摩尔比率下测量到高于80％的更高的百分比。这指示磷从流中有效且高效地去除/回收。结果在表1中示出。表1示出，在消化后，作为蓝铁矿存在的磷酸盐的分数取决于废活性污泥中的铁和磷酸盐之间的摩尔比率，并且因此取决于在厌氧消化前加入到活性污泥设备中的铁的量。然后消化的污泥被进料到磁性分离器中，以从剩余的消化的污泥(大部分是有机物)中分离磁性蓝铁矿样结构物。表3和表4示出了在消化的污水污泥中通过磁性分离回收的磷酸盐相对于磷酸盐的总量的分数。
[0067] 表1：在不同Fe:P比率的情况下，在消化的废活性污泥中作为蓝铁矿或蓝铁矿样结构物存在的磷酸盐的百分比
[0068]
[0069] 该表指示，根据 (在300K)，对于最高的2.36的Fe:P比率，大量的P被结合在蓝铁矿中。
[0070] 在另外的实验装置中，蓝铁矿样结构物通过分离器分离(图3)。该分离器具有六个通道，其中半径为约1.3mm并且长度为40mm，其中空腔体积为约0.41cm3。流具有约-7 3 30.003Pa.s的粘度、1.0·10 m/kg的估计的蓝铁矿磁化率和约2300kg/m的蓝铁矿密度。在分离期间，空腔中的磁场强度为约1·10+06A/m，其中场梯度为约500T/m。颗粒经历两种相互竞争的力，由磁力产生的摩擦力以及由流产生的拖曳力，该磁力将蓝铁矿样结构物朝向通道的壁推动/吸引。非磁性颗粒将仅感受到拖曳力，并且从空腔中冲走。在另一方面，磁性的蓝铁矿样颗粒将抵抗拖曳并粘附至壁。由此收集的蓝铁矿样颗粒在稍后阶段从空腔中冲走。针对不同设置执行大量测量和计算。结果在表2中示出。
[0071] 表2：流速和空腔尺寸对消化的废活性污泥通过磁性分离器(例如图3)的拖曳力和磁性粘附力的影响
[0072]
[0073] 分离器的实验示出，可以用磁性分离器从流中分离蓝铁矿和蓝铁矿样结构物。该分离实际上是可能的，因为蓝铁矿样结构物相对纯的并且作为“游离”颗粒存在。未优化的实验已经指示，多于60％(以蓝铁矿中结合的P的％表示)的蓝铁矿和蓝铁矿样结构物可以被分离。将理解，该分离也可以用电磁分离器或重力分离器。分离使得能够有效地从流中去除磷酸盐/磷且能够有效地从流中回收磷酸盐/磷。
[0074] 使用蓝铁矿的湿磁性分离的另外的实验使用下述方案进行：将污泥过筛(1mm)，提供4mL/min-20mL/min的流量持续30秒，用水以4mL/min-20mL/min冲洗持续30秒，用蒸馏水冲洗材料，随后真空干燥。使用不同的污泥类型，例如荷兰(Dutch)、德国(German)和芬兰(German)污泥。任选地，材料可以被再循环，例如以增加纯度。结果在表3和表4中示出。
[0075] 表3：对于Fe:P摩尔比率不同的3种不同消化的废活性污泥，作为蓝铁矿或蓝铁矿样结构物存在的磷酸盐的百分比和由挥发性固体(VS)组成的干重的百分比[0076]
[0077] 表4：在不同流量下操作的磁性分离器(例如图3)中，从大量污泥中回收的消化的废活性污泥中的铁和磷酸盐的百分比；通过磁性分离的铁和磷酸盐的富集因子；以及磁性分离的级分的干重的挥发性固体百分比
[0078]
[0079] 结果示出，可以被回收的各种材料的浓度并不限制输出量。可以使用低浓度和高浓度的铁和磷。
[0080] 其他金属也可以被回收。当流量增加52％至62.2％时，蓝铁矿被回收。结果在表5和表6中示出。Fe和P的回收在表5中示出。
[0081] 表5：在从两种不同类型的消化的废活性污泥和纯蓝铁矿中回收的磁性分离的级分中不同元素的浓度
[0082]
[0083] 表6：两种不同的消化的废活性污泥的磁性分离的级分的组成
[0084]
[0085] 使用不同类型的污泥(在Dokhaven取样的荷兰污泥和在Espoo取样的芬兰污泥)的另外的实验用于分离污泥中存在的各种组分。不同的流量已经被应用于两种类型的污泥。荷兰污泥的铁(Fe)回收率在4mL/min为38％、在8mL/min为44％、在16mL/min为45％和在
20mL/min为39％。荷兰污泥的磷(P)回收率在4mL/min为32％、在8mL/min为38％、在16mL/min为36％和在20mL/min为31％。芬兰污泥的铁(Fe)回收率在4mL/min为53％、在8mL/min为
49％、在16mL/min为31％和在20mL/min为31％。芬兰污泥的磷(P)回收率在4mL/min为53％、在8mL/min为51％、在16mL/min为39％和在20mL/min为37％。
20mL/min为39％。荷兰污泥的磷(P)回收率在4mL/min为32％、在8mL/min为38％、在16mL/min为36％和在20mL/min为31％。芬兰污泥的铁(Fe)回收率在4mL/min为53％、在8mL/min为
49％、在16mL/min为31％和在20mL/min为31％。芬兰污泥的磷(P)回收率在4mL/min为53％、在8mL/min为51％、在16mL/min为39％和在20mL/min为37％。
[0086] 富集随着两种类型的污泥的流量和元素而增加。随着流量的增加，分离变得更有选择性。较高的流减少了易于被保留的非磁性材料和/或较小磁性材料的部分。
[0087] 使用不同类型的污泥的甚至另外的实验示出，在磁性分离期间，有机含量减少了约一半，这被无定形凸起的减少所证实。因此，可以通过磁性分离从污泥中回收蓝铁矿。
[0088] 此外，实验示出了Fe:P摩尔比率对从流中去除/回收磷酸盐的效率的影响。此外，实验示出，通过从流中有效分离蓝铁矿样结构物，有效回收是可能的。
[0089] 进行使用实验室规模的垂直脉动高梯度磁性分离器(VPHGMS)的另外的分离实验。该分离器利用被放置在由电磁线圈产生的1特斯拉磁场中的具有1mm直径的钢棒基质。4L/min的稳定水流在基质上产生，并且在水流中以20Hz的频率产生垂直脉动。将500克污泥样品分批进料到水流中，并且随后与水一起携带在基质上。磁性颗粒保留在基质上，而非磁性颗粒随着水流从机器中冲走。一旦从机器中流出的水流清晰可见，并且没有非磁性固体流出，流停止，磁场关闭，并且然后磁性级分从基质中冲走并被捕获。该磁性级分被称为浓缩物。
[0090] 分离实验的结果在表7中示出。
[0091] 表7：VPHGMS分离测试的结果。
[0092]
[0093] 结果示出，57％的磷从进料污泥中回收。浓缩物的元素磷含量为10.7％。
[0095] 纯蓝铁矿具有12.35％的元素磷含量。如果我们假设浓缩物中的所有磷都与蓝铁矿结合，如SEM-EDX所指示的，则浓缩物的蓝铁矿含量为86.6％。
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