公布日：2023.10.24

申請日：2023.07.06

分類號：C01B25/01(2006.01)I

摘要

本發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)產物，獲得富含磷元素的提取液。

2.根據權利要求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且溶液pH值不小于3；反應時間不低于10分鐘。

4.根據權利要求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。

發明內容

針對目前污泥灰提磷技術，本發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(優選為8.7MPa)，但需保證反應器中水處于亞臨界狀態且溶液pH值不小于3。反應時間不低于10分鐘(優選為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(優選pH為13)；保證反應時間為1小時以上(優選為2小時)，固液質量比在1:5～40(優選為1:10)。

上述最優化方式中的建議參數無法做到最高效率提取污泥焚燒灰中的磷，但結合經濟性和反應時間長度，建議參數下可以達到最優化效果。

本發明的有益效果：

1.本發明中提取磷的污泥來源于城市生活污水廠的焚燒廢料，現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省磷礦資源開采，避免因開礦造成的生態破壞，還可以變廢為寶地實現焚燒污泥灰的資源化利用。

2.本發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和水的亞臨界狀態，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，使環境酸性提高至pH為3左右狀態，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，本發明的處理方法可以明顯提高污泥灰中的孔隙率，強化后續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境中發生自身磷組分遷移現象，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.污泥灰經超臨界二氧化碳和亞臨界水處理后，絕大多數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，使后續提取工藝更加繁瑣，而本發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藥、食品、磷化工等各類行業。

8.由于已經去除了部分鋁，相比于單純使用NaOH提取污泥灰中的磷，經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，具有更高的經濟效益。

（發明人：李愛民;石運鑫）