《浅析污泥焚烧灰分磷回收技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅析污泥焚烧灰分磷回收技术（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅析污泥焚烧灰分磷回收技术作者：王张毅来源：科学与财富2020年第11期摘要：动植物的生命活动中必不可少的元素便是磷元素，磷的最重要来源是磷酸盐矿 石，它同石油、煤炭一样都是不可再生资源。同时，磷也是导致水体富营养化的主要污染因 素。目前磷矿石资源短缺，但是污水中由于工业和日常生活产生大量的磷元素，造成了磷矿石 资源短缺，但是污水中磷资源过剩的局面，因此需要采取一定的技术手段将污水中的磷回收利 用。本文主要介绍了焚烧灰分组成及特性的基础上，提出了污泥焚烧灰分磷回收技术，旨在缓 解目前磷资源短缺的现状，同时为污水中磷资源的回收利用贡献自己的一份力量。关键词：污泥焚烧灰分;磷回收;灰分组成;资源短
2、缺0引言磷是所有生物必不可少的元素，在细胞核中储藏信息的DNA中除了碳氢外，磷也是重要 的组成成分;能够代谢能量的三磷酸腺苷中，磷更是必不可少的关键性元素植物生长过程中磷 担任着重要角色，是其生长的限定因子。在动植物细胞中，磷是重要的组成部分，并且其起到 的作用无法用其他元素代替，这也关系到未来粮食的安全，以及人们的身体健康。磷矿是磷的 主要来源，是不可再生的资源，目前全球每年开采的磷矿石大约在1.2亿吨，据预测，在2035 年前后将会出现磷矿资源的最大产值，此后磷资源将会越来越少，出现供需不平衡的现象。但 是，目前，尚无可替代磷酸盐岩的磷酸盐资源。我国磷资源相对丰富，预估产量居世界第三 位，
3、据相关统计计算，目前探测到的磷资源仅供使用80年左右，但以富磷矿进行统计计算， 仅供我国使用10年左右。综上所述，磷资源至关重要，但是目前磷回收方法和工艺不完善， 必须拓展磷资源的回收利用途径，减轻磷矿开采量，最终实现磷资源的健康可持续发展。因此 本文就污水中污泥的焚烧灰分，阐述了几种磷资源的回收技术。1焚烧灰分组成及特性污泥焚烧以后，水分和有机物都被消耗掉，焚烧后污泥体积将会减少90%，最后剩余主要 成分为无机质，而污水中含有的磷元素基本全部沉积到污泥中，经过焚烧之后，污泥体积减 少，导致污泥中磷元素的含量显著提升。另外，焚烧灰中其他金属和非金属元素的含量也相应 增加，尤其重金属的含量提升较
4、为明显。经过实验和实际测定发现，铜、锌、铅、镉含量基本 保持在100mg ？ kg-1以上，如果将这些焚烧灰分不经任何处理直接排放到自然环境中，不仅会 危害自然环境，还会对动植物造成不同程度的伤害。在农业使用中，焚焕会中的重金属含量是 限制其使用的关键性因素。可以看出，如果要使用焚烧灰中的磷，最重要的是采取一定的技术 手段将磷和重金属分离，才能降低农业使用中的危险。但是，焚烧灰中的磷与重金属是通过相 互作用结合在一起，并不是独立存在相互混合的体系，因此，物理分离方法（例如磁选和浮 选）起不到很好的效果。所以要采取一定的技术手段将焚烧灰中的磷提取和纯化，是磷回收的 关键性技术。2灰分磷回收技术2
5、.1生物法磷提取生物方法包括生物浸出和生物聚磷，主要利用微生物的生化过程，实现磷的提取与纯化。 生物浸出是指使用生物产生的无机酸或分泌的有机酸，从灰分中浸出磷和金属的过程，在某些 技术条件下由微生物代谢活动产生;生物聚磷是利用特定微生物的特征来提取磷的过程，该过 程专门回收磷并有效地将其与重金属分离。在自然界中，某些微生物，包括细菌（铁氧化硫杆菌，硫氧化硫杆菌，脂环酸杆菌等）和 真菌（黑曲霉，稻瘟病菌，产黄青霉等）都能够在无机物或有机物中代谢，在进行生命活动时 会产生有机酸和无机酸。其中，氧化亚铁硫杆菌能氧化亚铁或将硫化物氧化成元素硫，从而促 进其增殖和代谢，根据相关实验统计，在22 r和酸性
6、灰分环境中，经过11天磷提取浸出率在 90%以上。硫氧化硫杆菌可以使用还原的硫和元素硫作为底物来生产硫酸，并且两种微生物都 可以起协同作用，从而浸出磷和重金属。脂环酸杆菌在有机碳源的底物中产生草酸和柠檬酸， 从而实现磷的浸出和回收，根据相关实验统计，在30 r和酸性灰分环境中，经过12天磷提取 浸出率在75%以上，此外锰、镍、锌的浸出率在85%以上。综上可以看出，在生物浸出磷的 过程中，同样会浸出一些灰分中含有的重金属，因此后期需要采取一定的技术手段，将重金属 与磷分离。2.2湿式化学法磷提取生物浸出取决于微生物代谢产生的无机或有机酸，酸性条件可以通过添加化学试剂实现提 取环境中所需要的酸性物
7、质，这称为湿化学法，根据使用的酸性物质或碱性物质不同，又可以 分为碱湿化学方法和酸湿化学方法。湿法提取磷是根据实际需求在焚烧灰中添加酸性物质或碱 性物质，通过改变焚烧灰分中的酸碱度，这样一来能够提高磷的溶解度，将固态磷充分溶解在 溶液中，具体提取参数和酸碱度如图1所示。将富含磷的提取液提纯后，同样需要采取一定的 技术手段将重金属和磷分离，从而获得附加值的磷产品。试验测定污泥焚烧灰中的磷元素发现，其存在形式主要为钙磷、铝-磷以及铁-磷等形式。 其中铝-磷结合形式的化合物能够溶解在碱性溶液中，通过在溶液中添加氢氧化钠即可实现 铝、磷的提取。由于重金属元素及其化合物在不溶解在碱性溶液中，因此碱性湿化
8、学方法无需 额外的步骤即可同时实现磷的萃取和纯化。相关研究表明，当提取温度60C左右时，1mol？ L-1氢氧化钠可以提取焚烧灰分中将近一半的磷。值得注意的是，灰分中铝含量直接关系到磷 的提取效率，在碱溶液中铝-磷化合物溶解度较大。但是钙-磷化合物不溶于碱性溶液，当灰分 中钙盐含量超过五分之一时，碱性溶液中浸出效率明显降低。因此应该根据焚烧灰分的具体组 分含量，确定是否采用碱性湿化学法酸湿化学法是添加酸性物质，是提取液的pH值在6以下，经常用到的酸性试剂包括盐 酸、硝酸、硫酸、草酸以及乙酸等。当溶液中pH值较低时，污泥焚烧灰中的磷元素基本能够 全部提取，同时溶液中的重金属含量也会显著增加。相关
9、研究表明，当使用8%的盐酸、磷酸 和硫酸提取磷元素时，结果表明强酸的提取效率明显高于弱酸。通过研究发现，在从不同灰分 来源提取磷的过程中，草酸优于硫酸，草酸的提取效果更稳定。在使用乙酸等有机酸提取磷元 素时，提取效率与有机酸的挂能团以及分子链长度相关，有机官能团可以与结合磷的金属相互 作用。2.3化学法磷纯化由于磷提取过程中重金属的浸出，因此富含磷的浸出溶液还需要分离纯化等后续处理。除 了生物磷的纯化外，工业生产还使用化学方法分离溶解的重金属和磷，包括酸碱连续沉淀，硫 离子沉淀，液相萃取，离子交换和膜过滤技术等。酸碱连续沉淀主要原理是控制溶液酸碱度，使重金属和磷酸盐在不同的pH范围内产生不 同
10、的溶解度。当pH在2以下时，重金属和磷基本全部溶解在溶液中，升高pH值到4左右， 磷酸盐将会与铝形成铝-磷化合物沉淀出来，而重金属不会沉淀析出，实现重金属和磷的分离 提纯，但是这种方法酸碱药剂使用量较大;液体萃取提纯磷主要分局离子缔合原理。通过有机 萃取剂与有机酸中的活性氮基，反应生成的氨盐可以与各种金属阴离子基团进行离子交换，通 过分离溶液中的重金属，能够实现较高的提取效率。这种方法就有一定的局限性，只能分离特 定的几种金属离子，因此适用范围较小;离子交换是利用交换树脂的作用置换溶液中的金属离 子，实现金属离子的去除。目前常用的离子交换树脂主要是-SO3H树脂和-COOH树脂，当树 脂作用于
11、溶液时，-SO3H和-COOH会与金属离子相互交换，从而捕获金属离子;膜分离技术具 有选择渗透率高、操作简便、节省空间的特点，因此被广泛用于材料分离。它也可用于分离提 取物中的磷和重金属。目前纳滤膜、离子交换膜以及电渗析等方面研究较多，这三种工艺各自 具有自己的性能，可以根披实际情况选择不同的工艺。2.4热化学法热化学方法是在900至2000C的高温下汽化(或液化)重金属及其化合物，并通过气相 分离装置分离重金属和磷。因此，在高温环境的帮助下，热化学方法可以同时实现磷的提取和 磷的纯化。此外，高温环境会破坏原有体系中化合物之间的结合方式，形成新的磷酸盐矿物 相，从而提高了磷酸盐的利用率。目前，
12、代表性的热化学方法包括Thermphos, AshDec和 Mephrec工艺。Thermphos工艺利用磷酸盐沸点与其他重金属的沸点不同的原理，在1500C高 温下，能够获得纯度较高的白磷，而其他重金属仍然残存在灰分中。AshDec工艺基于金属氯 化物的低熔点，高挥发性和水溶性的特征，在溶液体系中添加氯化物，这些物质会与灰分中的 重金属反应，从而实现铜、铅、锌以及锡等重金属的去除，实现磷的提取和纯化。3结语综上所述，当前磷资源和磷矿石短缺，而污水中污泥焚烧后对灰分进行提取和纯化技术， 是解决当前磷资源危机的有效手段。不仅要重视污水回收处理过程中的磷资源回收利用，还要 重视剩余污泥的处置途径，
13、因为垃圾填埋场和农田使用的方面受到限制，污泥脱水干燥进行焚 烧成为了最优选择，而污水中的磷基本上全部会存在于污泥当中，当污泥焚烧后灰分中含有大 量的磷，本文阐述了生物法磷提取、湿式化学法磷提取、化学法磷纯化、热化学法技术手段， 这种理念和做法符合当前国际发展的趋势，也是解决磷资源短缺的重要途径。参考文献：1 郝晓地，于晶伦，刘然彬，梁远，李富生.剩余污泥焚烧灰分磷回收及其技术进展J.环 境科学学报，2020，40 (04)： 1149-1159.2 陈昊铭.市政污泥焚烧过程磷形态转变及焚烧灰草酸浸出磷回收的研究D.华中科技大 学，2019.3 魏铭泽，张彩杰，戚秀芝，张科亭，金春姬.水产品加工厂污泥焚烧灰中磷及重金属释 放特性研究J.中国海洋大学学报(自然科学版)，2016, 46 (04)： 118-126.作者简介：王张毅，男(1987-)，上海人，本科，助理工程师，研究方向：污水处理.
