一种利用酸性阳离子交换树脂回收污泥中磷和铝盐的工艺

技术领域

本发明涉及污泥资源化技术领域，尤其是涉及一种利用酸性阳离子交换树脂回收污泥中磷和铝盐的工艺。

背景技术

磷是生物体生长的必须元素，也是化肥生产的主要原料，因此人类社会生产生活具有重要的意义，同时磷也是一种不可回收资源。因此磷回收不仅有利于保护水环境，同时也有利于磷资源的可持续发展。现在，国际上已经对磷资源的保护和回收利用引起了重视，从污泥、污水中回收磷资源也成为了实现磷资源回收的重要议题。

在污水处理过程中，为了促进污水中絮体沉淀和磷的去除，以及提高污泥的脱水性能，通常会向污水或污泥中投加大量PAC、硫酸铝等铝盐药剂。铝盐最终以聚合物、磷酸盐沉淀等形式最终汇聚于污泥排出。这种处理方式导致污水处理厂前端药剂投加费用高，最终产生的污泥体积也大幅度增加，导致污泥处置费用提高。因此，污泥中磷和铝盐的回收，对于降低污水处理费用，促进污水厂向“循环经济”模式转型具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现阶段污泥中磷和铝资源回收率低的问题，提供一种利用酸性阳离子交换树脂回收污泥中磷和铝盐的工艺，本发明提供的工艺具有磷的释放率高、铝盐回收率高、回收的铝盐产品中重金属含量低、树脂可循环利用等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用酸性阳离子交换树脂回收污泥中磷和铝盐的工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)污泥组分预处理：向污泥中投加树脂后进行充分搅拌，得到污泥和树脂的混合物，分离得到污泥相和树脂相；

(2)树脂再生：将步骤(1)中得到的树脂相中加入强酸溶液，得到再生的树脂和酸洗混合液；

(3)磷的清洁回收：将步骤(1)中得到的污泥相离心，分离得到残留污泥相与含磷上清液相，向含磷上清液相中加入钙盐并调节pH，以羟基磷灰石形式回收污泥中的磷；

(4)铝盐与重金属分离：向步骤(2)中得到的酸洗混合液中加入碱性溶液调节pH，过滤弃去底部沉淀物并保留上清液；

(5)铝盐的回用：向步骤(4)中得到的上清液中加入酸性溶液，回收污泥中的铝盐。

进一步地，步骤(1)中，所述的污泥为污水处理厂产生的剩余污泥，包括生物除磷的活性污泥、化学法强化一级或三级处理产生的化学污泥中的一种或多种混合污泥。

进一步地，步骤(1)中，所述的树脂选自强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂中的任意一种或多种，所述酸性离子交换树脂指在分子结构中带有酸性功能基团的高分子化合物。

进一步地，步骤(1)中，所述阳离子交换树脂投加量为1-1.5g/gTS。

进一步地，步骤(1)中，所述搅拌速度为150-350rmp，时间为3-4h。

进一步地，步骤(1)中，所述污泥和树脂的混合物的pH值为1.5-2.5。

进一步地，步骤(1)中，所述分离方法包括压滤和离心。

进一步地，步骤(2)中，所述强酸溶液为盐酸。

进一步地，步骤(2)中，所述强酸溶液的添加量为10BV。

进一步地，将步骤(2)中再生的树脂循环使用于步骤(1)中。

进一步地，步骤(3)中，所述pH值为7-9.5。

进一步地，步骤(3)中，所述钙盐为氧化钙。

进一步地，步骤(4)中，所述碱性溶液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液或氢氧化钠溶液中的任意一种或几种。

进一步地，步骤(4)中，所述pH值范围为9-11.5。

进一步地，步骤(5)中，所述酸性溶液选自盐酸或硫酸中的一种或几种。

进一步地，步骤(5)中，所述酸性溶液的添加量为10BV。

进一步地，步骤(5)中，所述铝盐通过氯化铝或硫酸铝溶液形式回收。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)磷的释放率高：与污泥酸化处理相比，酸性阳离子交换树脂预处理可以实现污泥中磷组分和钙、镁、铝离子等多种阳离子的分离，从而提高磷的释放和回收率，避免金属共沉淀的干扰；

(2)铝盐回收率高：与酸溶法相比，酸性离子交换树脂选择性的吸附了铝离子、钙离子等金属离子，实现了与污泥相的分离，后续通过树脂酸洗再生回收铝盐，可实现铝盐高效、高纯度的回收；

(3)重金属去除：树脂再生产生的混合溶液经过化学处理后，镉、铜、锌、镉等多种重金属含量降低，极大程度降低了污泥后续处置以及铝盐循环利用过程的生态风险；

(4)树脂可循环利用：由于树脂的使用是一个可逆的过程，因此使用过的酸性阳离子交换树脂可经过处理后再生，因此具有良好的环境效益和经济效应。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种利用酸性阳离子交换树脂回收污泥中磷和铝盐的工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)污泥组分预处理：向污泥中投加一定量的树脂，搅拌使其充分接触反应，混合体系pH控制为2左右，将污泥和树脂的混合物过筛，过筛使用的筛网为55目(0.315mm)，分别收集污泥和树脂；

污泥为污水厂中浓缩单元产生的浓缩污泥，含水率大于97％；酸性离子交换树脂投加量为1-1.5g/gTS，搅拌速度为150-350rmp，时间为3-4h。

(2)树脂再生：将步骤(1)中得到的树脂相中加入强酸溶液，得到再生的树脂和酸洗混合液，将再生的树脂循环使用于步骤(1)中；强酸再生液使用盐酸溶液。

(3)磷的清洁回收：将步骤(1)得到的污泥离心(或压滤)，分离得到残留污泥相与含磷上清液相，分别收集污泥和含磷上清液(或滤液)，向含磷上清液中加入氧化钙并调节pH为7-9，以羟基磷灰石(HAP)形式回收磷。

(4)铝盐与重金属分离：向步骤(2)中的得到的酸洗混合液中加入CaO悬浊液，调节体系pH值为9-11.5，搅拌使其充分混合和沉淀，反应结束后弃去底部沉淀物，保留上清液，此时铝盐以偏铝酸盐溶液形式存在于上清液中。

(5)铝盐的回用：向步骤(4)中得到的上清液中缓慢加入盐酸溶液，溶液中观察到沉淀先产生后溶解，最后以氯化铝或硫酸铝溶液形式回收污泥中的铝盐。

实施例2

本实施例所用的污泥为取自上海城投虹桥净水厂中二沉池产生的生化污泥，向其中投加一定量的聚合氯化铝进行搅拌、静置后取下层浓缩污泥，其总固体(TS)和挥发性固体(VS)分别为30.67g/L和57.4％。下面结合图1对本发明的结合方式和具体实施方式作详细说明：

取100mL污泥样品于锥形瓶中，向其中加入了2.5g强酸性阳离子交换树脂(强酸性阳离子交换树脂的型号为732，即在交联为7％的苯乙烯-二乙烯共聚体上带有磺酸基-SO

将污泥相离心，分离得到残留污泥相与含磷上清液相，向含磷上清液中加入氧化钙悬浊液并调节pH为7-9，以200rmp搅拌30min，静置沉淀30min，以羟基磷灰石形式回收污泥中的磷；

树脂相(即使用过的强酸性阳离子交换树脂)用5％的盐酸清洗再生，得到再生的强酸性阳离子交换树脂和酸洗混合液，再生的强酸性阳离子交换树脂循环加入污泥样品中；

向酸洗混合液中加入CaO悬浊液，调节pH值至10.5，以200rmp搅拌30min，静置沉淀30min，去除底部沉淀物，收集上清液，向上清液中加5M盐酸，调节体系pH值小于5，最终铝盐以氯化铝溶液形式回收。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，污泥仅采用氢氧化钠进行处理。

向污泥样品中加入氢氧化钠并调节pH至10，常温下在摇床中以200rmp震荡4h，对污泥进行离心处理并收集离心滤液。然后向上清液中投加一定量的CaCl

与对比例1相比，实施例2中超过85％的铝盐以及重金属等阳离子被阳离子交换树脂吸附，经过树脂再生后污泥中铝盐的总回收率提高约从50％提高至62％。同时污泥中磷回收率提高从45％提高至70％以上，磷回收率提高且重金属含量降低。污泥中铝盐与金属的去除有利于污泥后续的厌氧消化过程。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。