一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410378738.5 | 申请日 | 2024-03-29 |
| 公开(公告)号 | CN118271121A | 公开(公告)日 | 2024-07-02 |
| 申请人 | 山东华燚工程技术有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 杨宗爱; 周学坤; 徐治国; 苑娜娜; | 第一发明人 | 杨宗爱 |
| 权利人 | 山东华燚工程技术有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 山东华燚工程技术有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省济南市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省济南市莱芜高新区汇源大街67号高创中心619-A036 | 邮编 | 当前专利权人邮编：250000 |
| 主IPC国际分类 | C05B13/00 | 所有IPC国际分类 | C05B13/00 ; C01B33/24 ; C02F11/10 ; F23G7/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 济南千慧专利事务所 | 专利代理人 | 孟令鲁; |
| 摘要 | 本 申请 涉及一种市政 污泥 单独焚烧的磷回收方法，属于污泥处理技术领域。本申请提供的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，包括如下步骤：1)对干燥后的市政污泥进行单独焚烧后获得污泥灰，污泥灰制成污泥颗粒；2)向所得污泥颗粒中加入氯化镁和/或氯化 钙 ，并置于不低于1000℃的高温条件下进行 热处理 ，获得磷回收产物；步骤1)中进行单独焚烧时加入生石灰和 硅 灰石微晶。该方法中污泥焚烧时，加入生石灰和硅灰石微晶，灰分中的 二 氧 化硅 与生石灰反应生成硅灰石，避免 二氧化硅 与氧化锌反应形成 硅酸 锌，使得高温热处理中锌通过形成氯化锌被 蒸发 去除，有效降低磷回收产品中锌元素，从而使得该磷回收产品可直接作为 植物 磷肥。 | ||
| 权利要求 | 1.一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法技术领域[0001] 本申请涉及一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法，属于污泥处理技术领域。 背景技术[0002] 随着经济的高速发展和城镇化水平的提升，污水产生和处理量日益增加。污泥作为污水处理的过程产物，浓缩汇集了污水中的30％～50％污染物，具有污染和资源的双重属性，污泥的安全处理处置与资源化一直是污水处理领域的国际研究热点，而市政污水、污泥中就包含了大量的磷资源。现有技术中已经开发了湿式化学法、热化学等工艺以从污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷。 [0003] 污泥干化焚烧不仅会产生可以发电的热量、减少污泥体积，而且可以使进水中90％的磷残留于焚烧灰分中，是磷回收的最佳位点。然而，焚烧灰分中含有较多重金属，不宜直接回归农业使用，亦不能直接作为化肥生产的原料。因此，灰分磷回收的关键在于去除重金属并加以利用，以及相对纯净磷酸盐的回收。灰分磷回收技术包含生物法、湿式化学法以及热化学法。生物法即依赖微生物生命活动完成磷的提取与纯化，包括生物浸出与生物聚磷。湿式化学法磷回收是通过投加酸或碱改变灰分酸碱环境，以增大磷的溶解度，使磷从固相转移至液相，从而实现磷的提取；进而通过化学萃取等方法对磷进行纯化。热化学法在高温环境下，对污泥灰分进行加热，使其中的重金属及其化合物以蒸汽形式分离，从而实现灰分与重金属的气、固分离；随后在气体洗涤过程中将挥发性金属予以回收。因热化学法可同步实现磷的提取与磷纯化，是灰分磷回收相对简单和经济的方法。 [0004] 现有技术中的热化学法例如有Thermphos、Ash Dec、Mephrec等。其中Ash Dec工艺利用金属氯化物熔沸点低、挥发性高、易溶于水等特性，可将污泥灰分与环境相容的氯化物予以混合，在高温下进行化学反应，使得铬、铜、铅、锌、锡等重金属与氯形成具有高挥发性的金属氯化物，进而实现与灰分的分离去除；剩余灰分中含磷化合物大都为植物可吸收磷相，或作为原料供给磷肥生产。 [0005] 其中Ash Dec工艺中，由于灰分中存在二氧化硅，氧化锌与二氧化硅反应生成硅酸锌盐之后，锌元素无法以氯化锌的形式挥发而被去除，因此有必要提供一种磷回收技术，解决在Ash Dec工艺回收污泥燃烧灰分制备磷回收产品过程中，锌无法被较好去除的问题。发明内容 [0006] 为了解决上述问题，提供了一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法，该方法中，在进行污泥焚烧时加入生石灰和硅灰石微晶，灰分中的二氧化硅与生石灰反应生成硅灰石，避免二氧化硅与氧化锌反应形成硅酸锌，由于硅酸锌难以被去除，因此导致磷回收产品中锌金属元素残留过多，而通过添加生石灰，避免形成硅酸锌，从而使得在高温热处理中，锌金属元素得以形成氯化锌并被蒸发去除，最终可以有效降低磷回收产品中锌元素，使得该磷回收产品可直接作为植物磷肥。 [0007] 根据本申请的一个方面，提供了一种市政污泥单独焚烧的磷回收方法，所述方法包括如下步骤： [0008] 1)对干燥后的市政污泥进行单独焚烧后获得污泥灰，所述污泥灰制成污泥颗粒； [0009] 2)向所得污泥颗粒中加入氯化镁和/或氯化钙，并置于不低于1000℃的高温条件下进行热处理，获得磷回收产物； [0010] 所述步骤1)中进行单独焚烧时加入生石灰和硅灰石微晶。 [0011] 通过在市政污泥中添加生石灰和硅灰石微晶后进行直接焚烧，生石灰能够与市政污泥中的二氧化硅进行反应形成硅灰石，从而将二氧化硅以硅灰石的形态进行固定，避免二氧化硅与氧化锌反应形成硅酸锌这种难以通过Ash Dec工艺去除的形态，后续通过Ash Dec工艺即可将锌金属通过氯化锌的形式蒸发去除，添加的硅灰石微晶能够成为附着生成的硅灰石成分的载体，硅灰石微晶的存在能够促进氧化钙与二氧化硅反应形成硅灰石成分的进行，从而有效固定市政污泥中的二氧化硅成分，利于锌金属元素的后续去除。 [0013] 可选的，所述单独焚烧的条件包括： [0014] 第一焚烧阶段，温度900～1100℃，时长15～25h，第二焚烧阶段，温度1300～1500℃，时长5～10h，第三焚烧阶段，温度为800～900℃，时长2～5h，第四焚烧阶段，温度1000～1200℃，时长15～25h。 [0015] 可选的，所述单独焚烧的条件中，从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率不低于80℃/h。 [0016] 可选的，所述单独焚烧的条件中，从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率为100～200℃/h。 [0017] 实验人员发现，特定的降温条件能够明显促进氧化钙与二氧化硅形成硅灰石成分的进行，直接焚烧过程中设有第三焚烧阶段，此阶段温度条件适宜新生成的硅灰石成分结合于添加入的硅灰石微晶外层，若第三焚烧阶段温度过低，则新生成硅灰石成分的热运动能力弱，难以有效吸附于硅灰石微晶外层，若第三焚烧阶段温度过高，则导致新生成的硅灰石成分热运动能力过强，不容易吸附结合于硅灰石微晶外层。并且，实验人员发现，只有满足不低于80℃/h的降温速率进入第三焚烧阶段，才能保证新生成的硅灰石成分有效吸附于硅灰石微晶外层。 [0018] 可选的，加入的所述硅灰石微晶重量不低于加入的所述生石灰重量的0.5％。 [0019] 可选的，加入的所述硅灰石微晶与加入的所述生石灰重量之比为1～2％。 [0020] 可选的，加入的所述碳酸钠或氢氧化钠与加入的所述生石灰重量之比为10～30％。 [0021] 根据本申请的另一个方面，提供了任一上述的市政污泥单独焚烧的磷回收方法在污泥处理中的应用。 [0022] 可选的，所述污泥处理的方式为对污泥进行直接焚烧后，采用Ash Dec工艺对焚烧所得灰分进行磷回收。 [0023] 本申请的有益效果包括但不限于： [0024] 1.根据本申请的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，由于采用Ash Dec工艺处理污泥颗粒时，存在二氧化硅与氧化锌反应导致锌金属离子无法有效去除，本申请方案中添加氧化钙和硅灰石微晶，能够有效固定二氧化硅，从而使得氧化锌中的锌金属以氯化锌的方式，在后续高温处理过程中被蒸发去除。 [0025] 2.根据本申请的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，还通过添加硅灰石微晶，使得在直接焚烧过程中，硅灰石微晶的存在能够促进氧化钙与二氧化硅反应的进行，促进氧化钙与二氧化硅反应形成硅灰石成分，由于生成的硅灰石倾向于附着结合在添加入的硅灰石微晶外，能够显著提高氧化钙与二氧化硅的反应进行。 [0026] 3.根据本申请的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，通过进一步添加碳酸钠或氢氧化钠，能够明显促进氧化钙与二氧化硅的反应，从而将二氧化硅以硅灰石的形式进行固定，从而不会与氧化锌反应形成硅酸锌而影响锌元素的去除。 [0027] 4.根据本申请的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，在进行污泥直接焚烧时，焚烧过程中增加第三焚烧阶段，并以不低于80℃/h的降温速率迅速降温至第三焚烧阶段，2～5h之后重新升温进入第四焚烧阶段，第三焚烧阶段的降温环节能够使得氧化钙和二氧化硅形成的硅灰石成分更好地附着结合在添加入的硅灰石微晶外层，后续通过第四焚烧阶段高温继续反应，能够明显提高二氧化硅与氧化钙的反应进行，从而减少氧化锌与二氧化硅形成难去除的硅酸锌。 具体实施方式[0028] 下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例，如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。 [0029] 实施例1 [0030] 对经前处理和干燥后的市政污泥进行直接焚烧制备灰分，直接焚烧的制备条件包括：第一焚烧阶段，温度1000℃，时长20h，第二焚烧阶段，温度1400℃，时长8h，第三焚烧阶段，温度为850℃，时长3h，第四焚烧阶段，温度1100℃，时长20h，其中从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率控制在130～150℃/h。其中在对市政污泥进行直接焚烧前，向市政污泥中添加处理剂，具体的，向灰分中添加氧化钙和硅灰石微晶，其中硅灰石微晶重量为加入的生石灰重量的1％。 [0031] 将市政污泥直接焚烧后所得灰分制备成污泥颗粒，向污泥颗粒中加入氯化钙进行高温热处理，热处理温度不低于1000℃，处理时长不低于10min，热处理后获得该磷回收产品。 [0032] 实施例2 [0033] 对经前处理和干燥后的市政污泥进行直接焚烧制备灰分，直接焚烧的制备条件包括：第一焚烧阶段，温度900℃，时长25h，第二焚烧阶段，温度1300℃，时长10h，第三焚烧阶段，温度为800℃，时长5h，第四焚烧阶段，温度1000℃，时长25h，其中从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率控制在100～130℃/h。其中在对市政污泥进行直接焚烧前，向市政污泥中添加处理剂，具体的，向灰分中添加氧化钙和硅灰石微晶，其中硅灰石微晶重量为加入的生石灰重量的1.5％。 [0034] 将市政污泥直接焚烧后所得灰分制备成污泥颗粒，向污泥颗粒中加入氯化镁进行高温热处理，热处理温度不低于1000℃，处理时长不低于10min，热处理后获得该磷回收产品。 [0035] 实施例3 [0036] 对经前处理和干燥后的市政污泥进行直接焚烧制备灰分，直接焚烧的制备条件包括：第一焚烧阶段，温度1100℃，时长15h，第二焚烧阶段，温度1500℃，时长5h，第三焚烧阶段，温度为900℃，时长2h，第四焚烧阶段，温度1200℃，时长15h，其中从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率控制在150～200℃/h。其中在对市政污泥进行直接焚烧前，向市政污泥中添加处理剂，具体的，向灰分中添加氧化钙和硅灰石微晶，其中硅灰石微晶重量为加入的生石灰重量的2％。 [0037] 将市政污泥直接焚烧后所得灰分制备成污泥颗粒，向污泥颗粒中加入氯化镁和氯化钙进行高温热处理，热处理温度不低于1000℃，处理时长不低于10min，热处理后获得该磷回收产品。 [0038] 实施例4 [0039] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，在单独焚烧时还加入碳酸钠，加入的碳酸钠与加入的生石灰重量之比为30％。 [0040] 实施例5 [0041] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，在单独焚烧时还加入氢氧化钠，加入的氢氧化钠与加入的生石灰重量之比为10％。 [0042] 实施例6 [0043] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，直接焚烧的制备条件包括：第一焚烧阶段，温度1000℃，时长20h，第二焚烧阶段，温度1400℃，时长8h，第三焚烧阶段温度1100℃，时长25h。 [0044] 实施例7 [0045] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，从第二焚烧阶段降温至第三焚烧阶段的降温速率控制在50℃/h。 [0046] 实施例8 [0047] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，加入的所述硅灰石微晶重量不低于加入的所述生石灰重量的0.1％。 [0048] 对比例1 [0049] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，仅向灰分中添加氧化钙。 [0050] 对比例2 [0051] 本实施例与实施例1的条件基本相同，不同之处在于，不向灰分中添加氧化钙和硅灰石微晶，直接对市政污泥进行焚烧处理。 [0052] 测试例1 [0053] 检测实施例1～8中经对市政污泥进行直接焚烧所得灰分进行处理、并最终经Ash Dec工艺进行处理去除重金属离子后所得磷回收产品中的锌金属进行检测，结果如下表1所示。 [0054] 表1磷回收产品中残留锌含量重量百分比 [0055]测试样品 锌含量(mg/kg) 实施例1 8.2 实施例2 11.0 实施例3 9.4 实施例4 5.9 实施例5 4.9 实施例6 24.0 实施例7 19.2 实施例8 22.6 对比例1 83.5 对比例2 230.8 [0056] 根据表1结果可知，本申请方案提供的市政污泥单独焚烧的磷回收方法，能够有效降低磷回收产品中的重金属锌含量，使得该磷回收产品能够方便应用，本申请方案提供的磷回收产品，经Ash Dec工艺处理后能够去除绝大部分的重金属元素，如铜、铅、镍和铬，且采用本方案还能进一步去除残留的锌元素，所制备的磷回收产品可直接应用于植物肥料。 [0057] 需要说明的是，本申请方案中采用市政污泥，市政污泥可经进行沉淀处理、生物处理，同时为了能够对市政污泥进行直接焚烧，市政污泥经干燥等常规手段处理。本申请方案中采用Ash Dec工艺对直接焚烧所得灰分制备的污泥颗粒进行处理并进行磷回收，Ash Dec工艺为本领域技术人员所熟知的工艺，此外对于直接焚烧的其他条件，如采用设备可以采用焚烧炉等本领域常规选择，本领域技术人员可以根据现有技术或简单筛选根据需要进行选择。 |
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