公布日：2023.10.24
申請日：2023.07.06
分類號：C01B25/01(2006.01)I
摘要
本發(fā)明提供一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，屬于固廢資源化利用領域。利用超臨界二氧化碳和亞臨界水從焚燒污泥灰中提取磷，包括以下步驟：(1)將污泥焚燒灰和水加入反應容器中，封閉反應容器并抽真空，排出反應容器空間內(nèi)的空氣；(2)向反應容器中注入二氧化碳并升溫至預設溫度和壓力，保持預設溫度和壓力足夠時間，使污泥焚燒灰在二氧化碳和水的作用下充分反應；(3)反應容器降溫泄壓，產(chǎn)物固液分離并收集固相物，并將固相物干燥；(4)配置氫氧化鈉水溶液，將干燥后的固相物和氫氧化鈉水溶液混合，反應足夠時間；(5)通過固液分離方法處理上步驟(4)產(chǎn)物，獲得富含磷元素的提取液。
權利要求書
1.一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將污泥焚燒灰和水加入反應容器中，封閉反應容器并抽真空，排出反應容器空間內(nèi)的空氣；(2)向反應容器中注入二氧化碳并升溫至預設溫度和壓力，保持預設溫度和壓力足夠時間，使污泥焚燒灰在二氧化碳和水的作用下充分反應；(3)反應容器降溫泄壓，產(chǎn)物固液分離并收集固相物，并將固相物干燥；(4)配置氫氧化鈉水溶液，將干燥后的固相物和氫氧化鈉水溶液混合，反應足夠時間；(5)通過固液分離方法處理上步驟(4)產(chǎn)物，獲得富含磷元素的提取液。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，污泥焚燒灰來源為城市污泥焚燒廠或自配污泥焚燒生產(chǎn)線，污泥焚燒灰需要保證常溫、干燥，顆粒最大粒徑小于200微米；污泥焚燒灰和水的質量比為1:5～40。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，反應容器溫度不低于304K，壓力不低于7.3MPa，但需保證反應器中水處于亞臨界狀態(tài)且溶液pH值不小于3；反應時間不低于10分鐘。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，氫氧化鈉水溶液pH值在11-14之間；保證反應時間為1小時以上，固液質量比在1:5～40。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，污泥焚燒灰和水的質量比為1:20。
6.根據(jù)權利要求1-4任一所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，反應容器壓力為8.7MPa，反應時間為2小時。
7.根據(jù)權利要求1-4任一所述的一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，氫氧化鈉水溶液pH值為13；反應時間為2小時，固液質量比為1:10。
發(fā)明內(nèi)容
針對目前污泥灰提磷技術，本發(fā)明提供一種利用超臨界二氧化碳和亞臨界水的方法處理污泥灰，來提高污泥灰磷提取效率低、耗時長，以及需要使用高危險化學物鹽酸的技術缺陷。
為達成上述要求，本發(fā)明專利的技術方案如處理流程圖1所示，具體描述為：
一種污泥焚燒灰資源化利用的方法，利用超臨界二氧化碳和亞臨界水從焚燒污泥灰中提取磷，包括以下步驟：
(1)將污泥焚燒灰和水加入反應容器中，封閉反應容器并抽真空，排出反應容器空間內(nèi)的空氣；
(2)向反應容器中注入二氧化碳并升溫至預設溫度和壓力，保持預設溫度和壓力足夠時間，使污泥焚燒灰在二氧化碳和水的作用下充分反應；
(3)反應容器降溫泄壓，產(chǎn)物固液分離并收集固相物，并將固相物干燥；
(4)配置氫氧化鈉水溶液，將干燥后的固相物和氫氧化鈉水溶液混合，反應足夠時間；
(5)通過固液分離方法處理上步驟(4)產(chǎn)物，獲得富含磷元素的提取液。
進一步地，所述步驟(1)中，污泥焚燒灰來源為城市污泥焚燒廠或自配污泥焚燒生產(chǎn)線。污泥焚燒灰需要保證常溫、干燥，顆粒最大粒徑小于200微米；污泥焚燒灰和水的質量比為1:5～40(優(yōu)選為1:20)。
進一步地，所述步驟(2)中，反應容器溫度不低于304K，壓力不低于7.3MPa(優(yōu)選為8.7MPa)，但需保證反應器中水處于亞臨界狀態(tài)且溶液pH值不小于3。反應時間不低于10分鐘(優(yōu)選為2小時)。
進一步地，所述步驟(4)中，氫氧化鈉水溶液pH值在11-14之間(優(yōu)選pH為13)；保證反應時間為1小時以上(優(yōu)選為2小時)，固液質量比在1:5～40(優(yōu)選為1:10)。
上述最優(yōu)化方式中的建議參數(shù)無法做到最高效率提取污泥焚燒灰中的磷，但結合經(jīng)濟性和反應時間長度，建議參數(shù)下可以達到最優(yōu)化效果。
本發(fā)明的有益效果：
1.本發(fā)明中提取磷的污泥來源于城市生活污水廠的焚燒廢料，現(xiàn)有研究表明焚燒污泥灰的磷含量可達5～20％，幾乎相當于低品位磷酸鹽礦，以其為原料提取磷不但可以節(jié)省磷礦資源開采，避免因開礦造成的生態(tài)破壞，還可以變廢為寶地實現(xiàn)焚燒污泥灰的資源化利用。
2.本發(fā)明中摒棄了鹽酸處理焚燒污泥灰的步驟，利用超臨界二氧化碳和亞臨界水代替酸處理，避免了使用鹽酸這種高危險化工原料，降低了生產(chǎn)過程中的風險。
3.將二氧化碳通入水溶液，并提高反應器溫度和壓力，達到二氧化碳的超臨界狀態(tài)和水的亞臨界狀態(tài)，極大提高了二氧化碳在水中的溶解度，電離出較多酸根離子，使環(huán)境酸性提高至pH為3左右狀態(tài)，結合超臨界二氧化碳兼具氣體和液體的性質，能夠同時溶解污泥灰中的其他易溶金屬鹽和部分有機鹽，相比于鹽酸處理，本發(fā)明的處理方法可以明顯提高污泥灰中的孔隙率，強化后續(xù)堿溶液與污泥灰的反應表面積，提高反應效率。
4.污泥灰在超臨界二氧化碳和亞臨界水環(huán)境中發(fā)生自身磷組分遷移現(xiàn)象，從原本較為含量最多的Al-P、Fe-P、Ca-P絕大部分轉化為Al-P，并以沉淀的形式保存在固相殘渣中，并不會被溶解至溶液當中。
5.污泥灰經(jīng)超臨界二氧化碳和亞臨界水處理后，絕大多數(shù)磷保留在固相殘渣中，其余大量鈣、鋁、鐵被溶解在溶液中，該處理過程使固相物中的磷更為聚集，同時去除了大量含鈣、鋁、鐵的雜質。
6.酸溶液提取法中，濃酸溶液雖然可以較高效率地提取污泥灰中的磷，但同樣會引入大量鈣、鋁、鐵等雜質，使后續(xù)提取工藝更加繁瑣，而本發(fā)明方法既可以保證較高提取效率，又能保證去除其他元素雜質，簡化后續(xù)提取工藝。
7.NaOH溶液可以溶解污泥中的Al-P，形成可溶性含磷化合物，存在于浸出液當中，發(fā)生的化學反應如下：
AlPO4(s)+4OH-(aq)→PO43-+-
富磷溶液進一步提純后可用于醫(yī)藥、食品、磷化工等各類行業(yè)。
8.由于已經(jīng)去除了部分鋁，相比于單純使用NaOH提取污泥灰中的磷，經(jīng)超臨界二氧化碳和亞臨界水處理后的污泥灰將消耗更少的NaOH，具有更高的經(jīng)濟效益。
（發(fā)明人：李愛民;石運鑫）
