[发明专利]一种强化城市污泥水热碳化液磷资源回收的方法

说明书

本发明专利公开了一种强化城市污泥水热碳化液磷资源回收的方法。包括以下步骤：S1、制备固定化蛋白酶；S2、污泥水热碳化液经过砂滤去除悬浮固体；S3、在蛋白水解单元，将固定化蛋白酶加入过滤后的污泥水热碳化液，充分水解后得到污泥水热碳化水解液；S4、在结晶反应单元，测定污泥水热碳化水解液的磷浓度和残留蛋白类物质浓度，按照Fe∶P为1.5∶1的摩尔比投加亚铁盐，并根据残留蛋白类物质浓度通过调控pH值及水力停留时间使得发生结晶反应，得到蓝铁石。本发明通过固定化蛋白酶充分水解污泥水热碳化液中的蛋白质，有效降低了蛋白质对亚铁离子的络合作用，提高了污泥水热碳化水解液中除磷效率的同时，促进了有效磷资源的回收。

技术领域

本发明专利属于废水处理技术领域，尤其涉及一种强化城市污泥水热碳化液磷资源回收的方法。

背景技术

磷资源是世界上难以再生且不可替代的非金属矿产资源。近年来，磷矿资源的大量开采以及对磷资源回收利用技术的发展缓慢，导致磷资源面临枯竭的现状。同时，磷在水体中过量积累可导致水体富营养化。因此，磷资源有效回收技术的开发已成为未来城市污水厂面临的主要任务之一。

目前，含磷污/废水除磷方法有化学沉淀法、生物法和结晶法等。在这些方法中，磷结晶是一种很有前途的磷回收的方法，其产品包括磷酸钙、鸟粪石和蓝铁石等。其中，蓝铁石(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)结晶是一项具有应用前景的废水磷回收新技术。蓝铁石是无色无机磷酸盐晶体矿物，因其近中性的结晶条件和具有良好经济性而受到广泛关注，尤其是可作为肥料为植物提供磷和铁，还能用于储能材料——磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的合成，是动力锂电子电池的主要合成原料之一。蓝铁石结晶作为一项污/废水中磷酸盐的去除与回收新技术，其结晶工艺过程简单易行，成本较低，具有良好的应用前景。

在蓝铁石结晶工艺过程中，城市污水中的磷经污水厂生物单元处理后富集在剩余污泥中。水热碳化作为一种有效的污泥减量化技术，具有同时控制污染和促进资源回收方面的潜力。经水热碳化处理后，大量可回收的正磷酸盐从污泥转移到水热碳化液中。然而，污泥水热碳化液中含有大量来自活性污泥微生物细胞的蛋白质，种类繁多且成分复杂。这些蛋白质可以结合亚铁离子，导致可用的游离二价铁离子减少，降低过饱和水平，从而通过降低推动力干扰蓝铁石结晶，降低磷去除效率。因此，采取有效手段减小蛋白类物质对蓝铁石结晶过程的影响，对污泥水热碳化液中磷的资源化回收利用具有重要意义。

发明内容

本发明专利的目的就是针对上述现有技术存在的问题，解决污泥水热碳化液中大量磷资源的高效去除和回收问题。提出了一种强化城市污泥水热碳化液磷资源回收的方法。本发明专利的技术方案是这样实现的，包括以下步骤：

S1、制备固定化蛋白酶；

S2、污泥水热碳化液经过砂滤去除悬浮固体；

S3、在蛋白水解单元，将固定化蛋白酶加入过滤后的污泥水热碳化液，在适当温度和pH条件下，充分水解后得到污泥水热碳化水解液；

S4、在结晶反应单元，测定污泥水热碳化水解液的磷浓度和残留蛋白类物质浓度，按照Fe∶P为1.5∶1的摩尔比投加亚铁盐，并根据所述残留蛋白类物质浓度通过调控pH值及水力停留时间使得亚铁离子和磷酸根离子发生结晶反应，得到磷回收产物蓝铁石。

优选地，以D151树脂为固定化胰蛋白酶的载体，采用吸附-微波辅助交联法，制备固定化蛋白酶。

优选地，S2中所述悬浮固体包括颗粒物和包括蛋白类有机物在内的部分胶体态物质。

优选地，S3中所述适当温度为25-45℃，适当的pH为5.0-5.5。

优选地，S4中pH值应根据污泥水热碳化水解液的残留蛋白类物质浓度在6.0-7.0范围内进行调控，最佳pH值随残留蛋白类物质浓度的增加而升高。