專利名稱：一種酸化法處理城市污泥制有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種處理城市污泥生產(chǎn)有機(jī)無(wú)機(jī)肥料的新工藝，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。
保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市污水對(duì)環(huán)境的污染日益加劇。為改變我國(guó)水資源污染嚴(yán)重的狀況，從‘九五’以來(lái)，國(guó)家投巨資陸續(xù)建設(shè)了一大批污水處理廠，到2005年，人口在50萬(wàn)以上的城市，污水處理率要達(dá)到60％以上。大批污水處理廠的建立，將產(chǎn)生大量污泥，如何處理污泥，是污水處理廠面臨的新問題。城市污泥主要來(lái)自生活污水，以鄭州污水處理有限公司的污泥為例，其脫水后的污泥經(jīng)干燥后含水9.6％，含有機(jī)質(zhì)46.02％，氮2.09％，磷0.62％，鉀1460毫克/千克，是生產(chǎn)有機(jī)肥的理想原料。
目前，處理城市污水處理廠污泥的方法主要有填埋、焚燒、經(jīng)處理賣給農(nóng)民用作有機(jī)肥料等。填埋和焚燒都將造成二次污染，并造成有機(jī)質(zhì)資源的浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外處理污泥的方法主要是采用生物菌發(fā)酵法。
本發(fā)明是一種酸化法處理城市污泥制有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的的新方法，其目的在于從綠色化學(xué)工程的角度出發(fā)找到一種低成本、大規(guī)模、連續(xù)化處理城市污泥的新方法，該方法制得的有機(jī)復(fù)合肥為有機(jī)磷肥或有機(jī)鎂肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。
本發(fā)明是利用污泥所含的水，作為硫酸與磷礦或鎂礦(含氧化鎂或碳酸鎂的礦粉，如菱苦土、輕燒鎂等)反應(yīng)的工藝水，實(shí)現(xiàn)污泥的脫水與無(wú)機(jī)肥料生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合。
酸化法處理城市污泥制有機(jī)磷肥是將濃度為50％-100％的硫酸、80％通過(guò)100目的磷礦粉和污泥按比例加入反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度控制在100℃-120℃。在反應(yīng)器中主要進(jìn)行如下反應(yīng)(1)反應(yīng)完成后，經(jīng)過(guò)24小時(shí)的熟化，將反應(yīng)(1)生成的磷酸進(jìn)一步和磷礦反應(yīng)，反應(yīng)如下(2)污泥作為反應(yīng)的溶劑，其中的水一部分轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物CaSO4·0.5H2O和Ca(H2PO4)2·H2O的結(jié)晶水；一部分在工藝過(guò)程蒸發(fā)掉；主要部分作為游離水、毛細(xì)水等形式進(jìn)入產(chǎn)品?？偟姆磻?yīng)如下(3)硫酸的用量可由磷礦的組成計(jì)算，磷礦主要含Ca5(PO4)3F，還含有各種雜質(zhì)，主要是燒失量(碳酸鹽)、氧化鐵、氧化鋁，所以，磷礦的理論耗酸量(G)，單位千克硫酸/千克磷礦，可通過(guò)下式計(jì)算
G＝1.61*P2O5％+2.23*IL％+0.61*Fe2O3％+0.96Al2O3％式中P2O5％、IL％、Fe2O3％、Al2O3％分別為磷礦中的五氧化二磷、燒失量(碳酸鹽)、氧化鐵、氧化鋁質(zhì)量百分含量；1.16、2.23、0.61、0.96分別為磷礦中的五氧化二磷、燒失量(碳酸鹽)、氧化鐵、氧化鋁與硫酸反應(yīng)消耗硫酸的計(jì)算系數(shù)。
硫酸的消耗量可以是理論耗酸量的20％-110％。硫酸用量大于理論耗酸量，得到的產(chǎn)品稱為完全酸化有機(jī)磷肥；硫酸用量小于理論耗酸量，得到的產(chǎn)品稱為部分酸化有機(jī)磷肥。污泥的加入量主要根據(jù)污泥含水量和產(chǎn)品含水量確定，一般控制產(chǎn)品含水量為10％-20％。
酸化法處理城市污泥制有機(jī)鎂肥是將濃度為50％-100％的硫酸、含氧化鎂或碳酸鎂的礦粉(80％通過(guò)100目)和污泥按比例加入反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度控制在100℃-120℃。在反應(yīng)器中主要進(jìn)行如下反應(yīng)
硫酸與氧化鎂礦粉反應(yīng)需要大量的結(jié)晶水，將污泥中的部分水轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂；由于反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)，一部分水在反應(yīng)中蒸發(fā)掉；另有一部分游離水。
理論上可計(jì)算出每1噸純MgO，需要加入2.7噸水和2.45噸硫酸。則1噸含MgO80％的礦粉，需要加入2.16噸水(即可加入3.086噸含水70％的污泥)和1.96噸硫酸。在實(shí)際生產(chǎn)有機(jī)鎂肥時(shí)，硫酸的消耗量可以是理論耗酸量的20％-110％，污泥的加入量控制在產(chǎn)品含水20％-40％之間。
酸化法處理城市污泥創(chuàng)造性地利用污泥所含的水滿足制肥反應(yīng)所需要的工藝水，將污泥作為酸礦制肥反應(yīng)的溶劑，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。和現(xiàn)行的生物堆肥法處理污泥相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1生物堆肥法需要生物菌發(fā)酵堆置5-10天，且在堆置過(guò)程中需進(jìn)行翻堆，占用場(chǎng)地大，不便連續(xù)化作業(yè)。而酸化法處理城市污泥，可大規(guī)模、連續(xù)化處理污泥。
2生物堆肥法處理后的污泥中仍含69-70％的水，主要為游離水，物性較差；而酸化法處理后的城市污泥，水分主要為結(jié)晶水，物性好、產(chǎn)品疏松。
3生物堆肥法處理城市污泥得到的產(chǎn)品是有機(jī)肥；而酸化法處理城市污泥，得到的產(chǎn)品是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥。
4生物堆肥法處理城市污泥難以消除污泥中的病源菌和臭味；而酸化法處理城市污泥，可利用反應(yīng)的高溫(100度以上)和強(qiáng)酸性，實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌和除臭。
5酸化法處理城市污泥和生物堆肥法處理城市污泥相比，污泥只是作為生產(chǎn)無(wú)機(jī)化肥的工藝原料，污泥的處理費(fèi)用很低。
實(shí)施方案舉例實(shí)施方案1酸化法處理城市污泥生產(chǎn)有機(jī)磷肥。
所用磷礦為貴州息峰磷礦，磷礦細(xì)度80％通過(guò)100目，磷礦粉成分P2O534.34％，F(xiàn)e2O33.29％，Al2O31.71％，IL3.04％。所用污泥含水為70％。
計(jì)算理論耗酸量為G＝1.61*34.34％+2.23*3.04％+0.61*3.29％+0.96*1.71％噸＝0.657噸硫酸/噸磷礦粉。
按工藝要求，濕法生產(chǎn)礦漿控制含水27％左右。
則可計(jì)算出每噸磷礦需要加水0.243噸，折合含水70％的污泥0.347噸。
原料配比為，每噸磷礦可加硫酸0.657噸，加污泥0.347噸。
將一份的磷礦粉與0.657份的硫酸和0.347份的污泥按比例均勻加入反應(yīng)器中，邊加料邊攪拌，反應(yīng)溫度105度，反應(yīng)時(shí)間約5分鐘，反應(yīng)后的半成品放置24小時(shí)左右，得到成品有機(jī)磷肥。
實(shí)施方案2酸化法處理城市污泥生產(chǎn)有機(jī)鎂肥。
所用鎂礦粉含MgO80％，細(xì)度為80％通過(guò)100目，所用污泥含水70％。
根據(jù)計(jì)算，1噸純MgO，需要加入2.7噸水和2.45噸硫酸。
1噸含MgO80％的礦粉，需要加入2.16噸水，折合含水70％的污泥3.086噸和1.96噸硫酸。
將一份含MgO80％的礦粉，細(xì)度為80％通過(guò)100目，與1.96份的濃硫酸和3.086份的污泥按比例均勻加入反應(yīng)器中，邊加料邊攪拌，反應(yīng)溫度105度，反應(yīng)時(shí)間約20分鐘，反應(yīng)后的半成品冷卻后，得到成品有機(jī)鎂肥。
權(quán)利要求
1一種酸化法處理城市污泥生產(chǎn)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的方法，其特征是利用污泥所含的水，作為硫酸與磷礦粉或鎂礦粉反應(yīng)所需要的工藝水，將磷礦粉或鎂礦粉與硫酸和污泥按比例均勻加入反應(yīng)器中，邊加料邊攪拌，進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度在100℃-120℃，反應(yīng)后的半成品經(jīng)熟化或直接冷卻后，得到成品有機(jī)磷肥或有機(jī)鎂肥，并在反應(yīng)過(guò)程中利用硫酸的強(qiáng)酸性和反應(yīng)熱產(chǎn)生的高溫實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌。
2按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的鎂礦為含氧化鎂或碳酸鎂的礦粉，如菱苦土、輕燒鎂等；
3按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制有機(jī)磷肥的產(chǎn)品含水量為10％-20％；
4按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制有機(jī)鎂肥的產(chǎn)品含水量為20％-40％。
全文摘要
一種酸化法處理城市污泥制有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的方法，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域，該方法主要解決城市污水處理廠的沉淀污泥處理問題。其基本技術(shù)特征是利用污泥所含的水，作為硫酸與磷礦或鎂礦反應(yīng)所需要的工藝水，生產(chǎn)有機(jī)磷肥或有機(jī)鎂肥，同時(shí)利用反應(yīng)的高溫和強(qiáng)酸性，解決了污泥的殺菌和除臭問題，實(shí)現(xiàn)污泥處理與生產(chǎn)有機(jī)磷肥或有機(jī)鎂肥的有機(jī)結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模、連續(xù)化處理城市污泥。得到的有機(jī)磷肥或有機(jī)鎂肥，物性疏松，無(wú)菌、無(wú)臭，便于施用，是優(yōu)良的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥，可用于各種農(nóng)作物施肥。
文檔編號(hào)C05F11/08GK1459437SQ0212050
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者張文輝, 谷守玉, 段平, 王振巖, 許秀成 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué), 河南力浮科技有限公司