一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺
阅读说明：本技术 一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺 (Double-stage oxidation treatment process for weak-phosphorus combustible sludge under synergistic effect of ultrasonic aeration ) 是由 宋传京 刘鹏 解毓朝 叶自洁 邹毅芳 田洋 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺,包括如下步骤：磷泥浆液的制备；磷泥浆液的碱化处理；磷泥浆液的一段氧化处理；磷泥浆液的二段氧化处理；磷泥浆液的脱水处理；本发明技术方案为难以实现资源化的弱磷污泥提供一种高效、彻底的无害化处理方式。(The invention discloses a double-stage oxidation treatment process of weak phosphorus combustible sludge under synergistic effect of ultrasonic aeration, which comprises the following steps: preparing phosphorus mud slurry; alkalizing the phosphorus mud slurry; performing primary oxidation treatment on the phosphorus mud slurry; performing secondary oxidation treatment on the phosphorus mud slurry; dehydrating the phosphorus mud slurry; the technical scheme of the invention provides an efficient and thorough harmless treatment mode for the weak phosphorus sludge which is difficult to realize resource utilization.)
技术领域
本发明涉及含磷污泥无害化处理
技术领域
，特别涉及一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺背景技术
由于现代的制磷工艺中多以磷矿石为主要原料，通过高炉法或电炉法将磷矿石中的磷元素提炼出来。磷泥便是在此工艺过程中所产生的一种重要副产物，属于磷化工中的危险废弃物。如何对其进行合理的处理处置也是黄磷工业中的一个极具挑战性的难题。平均每生产1t黄磷大约会产生350kg磷泥，根据制磷工业过程中精制程度的不同，所产生磷泥的含磷量也会有所差异。按照磷泥中磷元素的含量可将其分为富磷泥、贫磷泥和弱磷泥。
磷泥是一种乳浊状的胶体物质，多数情况下是由一些单质磷、粉尘以及炭黑等固体物质与水相互组合而形成。磷泥中的磷被炭黑以及二氧化硅所吸附，通过水化膜的水化作用在磷的表面形成保护层，导致黄磷颗粒无法聚集，进而导致黄磷颗粒被其它的杂质所包裹。
目前对于磷泥的处理方法多以制备磷酸、制备磷酸盐以及提取黄磷等方式为主，虽然通过上述的方式可将磷泥转化为工业产品，实现危险废物的资源化利用。然而，这些实现磷泥资源化的方式往往对磷泥中的磷含量要求较高，对于含磷量较低的磷泥往往由于资源化难度较大以及经济效益不高等因素被人们所忽视。对于含磷量较低的磷泥在多数情况下会建设磷泥池将其进行简单的堆存，这不仅会占用大量的土地面积，造成土地资源的浪费，一旦发生泄漏还会对土壤造成侵蚀，破坏周边的生态环境。因此，一种安全、高效、可操作性强的弱磷污泥处理工艺对于防治磷泥对生态环境所造成的危害便显得尤为重要。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺，旨在为难以实现资源化的弱磷污泥提供一种高效、彻底的无害化处理方式。
为实现上述目的，本发明提出的一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺，包括如下步骤：
S1：向原始磷泥中加入水进行研磨，得到磷泥浆液，其中，磷泥与水的质量比为1:0.5～3，研磨时间为0～60min；
S2：向步骤S1得到的磷泥浆液中加入碱性试剂，调节磷泥浆液的pH为7～10，并搅拌0.5～3小时；
S3：向步骤S2中调节pH后的磷泥浆液中加入一定量一段氧化剂，进行1～5h氧化反应，并在反应过程中进行持续超声、曝气及搅拌处理，其中，超声波频率为20～50kHz，曝气的气体流量为10～15m3/h，搅拌速度为100～500r/min；
S4：向步骤S3中进行一段氧化后的磷泥浆液中加入一定量二段氧化剂，进行2～8h氧化反应，并在反应过程中进行持续超声、曝气及搅拌处理，其中，超声波频率为20～50kHz，曝气的气体流量为10～15m3/h，搅拌速度为100～500r/min；所述二段氧化剂用量大于一段氧化剂的用量，且所述二段氧化剂的氧化电位值高于一段氧化剂的氧化电位值；
S5：对步骤S4中进行二段氧化后的磷泥浆液进行脱水处理，得到泥渣。
优选地，步骤S1中，磷泥与水的质量比为1:1，研磨时间为30min。
优选地，步骤S2中，所述碱性试剂包括NaOH或Ca(OH)2或Na2CO3，调节磷泥浆液的pH为8，搅拌时间为1h。
优选地，所述碱性试剂设置为Ca(OH)2。
优选地，步骤S3中，所述一段氧化剂包括氯酸钠或次氯酸钠或高氯酸盐或双氧水，氧化反应时间为2h，超声波频率为40kHz，曝气的气体流量为12m3/h，搅拌速度为300r/min。
优选地，所述一段氧化剂设置为双氧水，所述双氧水的投加量为原始磷泥用量的5％～20％。
优选地，所述双氧水的投加量为原始磷泥用量的10％。
优选地，步骤S4中，所述二段氧化剂包括氯酸钠或次氯酸钠或高氯酸盐，氧化反应时间为4h，超声波频率为40kHz，曝气的气体流量为12m3/h，搅拌速度为300r/min。
优选地，所述二段氧化剂设置为次氯酸钠，所述次氯酸钠的投加量为原始磷泥用量的30％～70％。
优选地，所述次氯酸钠的投加量为原始磷泥用量的50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用超声波和曝气协同作用的方式，通过超声波的机械分散作用、曝气过程中的扰动和机械搅拌，增强液-固反应过程中的传质效率，更有利于化学反应的进行，提高处理效率；
2、采用双段氧化的处理工艺，将磷泥中的单质磷通过两次氧化反应过程进行氧化处理，使单质磷的转化效率更高，磷泥的处理也更彻底；
3、对磷泥的氧化处理过程仅需要6h便可达到处理效果，处理后的磷泥在常温、干燥的环境下可达到无烟、无火的状态，在火焰上灼烧不具有可燃性，与现有工艺相比该工艺大大缩短了处理时间，具有更高的处理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明原理流程图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本实施例提出的一种超声曝气协同作用弱磷易燃污泥的双段氧化处理工艺，包括如下步骤：
S1：向原始磷泥中加入水进行研磨，得到磷泥浆液，其中，磷泥与水的质量比为1:0.5～3，研磨时间为0～60min；
S2：向步骤S1得到的磷泥浆液中加入碱性试剂，调节磷泥浆液的pH为7～10，并搅拌0.5～3小时；
S3：向步骤S2中调节pH后的磷泥浆液中加入一定量一段氧化剂，进行1～5h氧化反应，并在反应过程中进行持续超声、曝气及搅拌处理，其中，超声波频率为20～50kHz，曝气的气体流量为10～15m3/h，搅拌速度为100～500r/min；
S4：向步骤S3中进行一段氧化后的磷泥浆液中加入一定量二段氧化剂，进行2～8h氧化反应，并在反应过程中进行持续超声、曝气及搅拌处理，其中，超声波频率为20～50kHz，曝气的气体流量为10～15m3/h，搅拌速度为100～500r/min；所述二段氧化剂用量大于一段氧化剂的用量，且所述二段氧化剂的氧化电位值高于一段氧化剂的氧化电位值；
S5：对步骤S4中进行二段氧化后的磷泥浆液进行脱水处理，得到泥渣。
应当说明的是，本发明通过在超声曝气协同作用的条件下以双段氧化工艺对磷泥中的单质磷进行氧化处理，使处理后的磷泥在常温、干燥的环境中可达到无烟、无火的状态，在火焰上高温灼烧无法燃烧，消除其可燃性，并消除对生态环境带来的隐患。
应当说明的是，由于原始磷泥较为粘稠且存在结块现象，故在反应进行之前需通过加水研磨的方式对磷泥进行初步破碎，制备成磷泥浆液。以便于后续所需的超声过程和氧化处理。本实施例中，磷泥与水的质量比为1:1，研磨时间为30min。在研磨过程中通过钢珠对磷泥颗粒的摩擦与碰撞使磷泥中的大颗粒破碎，在后续的超声过程中更有利于超声波对磷泥的分散作用，具有更大的表面积，提高反应效率。除此之外，研磨过程还可以使磷泥在水相中的分布更为均匀，有利于化学反应的进行。
进一步地，步骤S2中，所述碱性试剂包括NaOH或Ca(OH)2或Na2CO3，调节磷泥浆液的pH为8，搅拌时间为1h；优选地，所述碱性试剂设置为Ca(OH)2。在此过程中选择以Ca(OH)2进行调节磷泥浆液pH的优势在于，Ca(OH)2在溶液中除了会提供调节碱性环境所需的OH-以外，还可以提供大量的Ca2+，在后续的氧化过程中会将磷泥中的单质磷转化为磷酸根，生成的磷酸根会与Ca(OH)2解离出的Ca2+形成磷酸钙沉淀，在该反应过程中同步消耗了Ca2+与磷酸根打破原有体系中的化学平衡，促使单质磷向磷酸根转化，提高磷泥处理效率。
进一步地，步骤S3中，所述一段氧化剂包括氯酸钠或次氯酸钠或高氯酸盐或双氧水，氧化反应时间为2h，超声波频率为40kHz，曝气的气体流量为12m3/h，搅拌速度为300r/min。本实施例中，述一段氧化剂设置为双氧水，所述双氧水的投加量为原始磷泥用量的5％～20％，优选地，所述双氧水的投加量为原始磷泥用量的10％，其他氧化剂的加入量以双氧水的氧当量折算。在此阶段进行超声处理可通过超声波的机械效应可将体系中的磷泥颗粒进行分散，通过物理方式使被包裹的单质磷得到释放，由于在此阶段之前已对磷泥进行研磨处理，所以更有利于超声波对磷泥的分散。除此之外，超声波具有较高的能量，在处理过程中会使溶液温度升高，体系中温度的升高更有利于氧化反应的进行。曝气处理是向体系中持续不断的鼓入空气，通过空气在溶液中的扰动，增加液-固反应的传质效率，进而提高化学反应速率。机械搅拌是通过搅拌桨在体系中的搅动，增强体系内流体流动强度，使物料在反应釜内混合均匀。
进一步地，步骤S4中，所述二段氧化剂包括氯酸钠或次氯酸钠或高氯酸盐，氧化反应时间为4h，超声波频率为40kHz，曝气的气体流量为12m3/h，搅拌速度为300r/min。本实施例中，所述二段氧化剂设置为次氯酸钠，所述次氯酸钠的投加量为原始磷泥用量的30％～70％，优选地，所述次氯酸钠的投加量为原始磷泥用量的50％。应当说明的是，在二段氧化过程所需的氧化剂用量和氧化时间与一段氧化过程相比均要有所增加，在氧化剂的选择方面也需要选取与一段氧化剂相比更高氧化电位值的氧化剂，因为磷泥经过一段氧化处理后易于被氧化的单质磷已被氧化为磷酸根，剩余的部分氧化处理难度较大，所以需选择氧化能力更强的试剂，适当增加氧化剂的用量和处理时间来进行处理。此阶段氧化反应的目的是将一段反应过程后残留的单质磷进行氧化，使处理过程更为彻底。
应当说明的是，由于处理后的污泥含有大量水分，占有的体积较大，不利于后续的进一步处理。因此，对于处理后的磷泥浆液需要进行脱水处理，本实施例中，在板框压滤机中进行脱水处理，脱除污泥中的间隙水，减小污泥体积。脱水后的泥渣在常温、干燥的环境下可达到无烟、无火的状态，在火焰上灼烧不具有可燃性。
进一步地，通过以下具体实施例对本发明进行说明：
取1t磷泥加入1t清水于湿式研磨机内进行研磨，控制泥水质量比为1:1，研磨时间为30min后制成磷泥浆液。
将上述磷泥浆液转移至反应釜内，并向其中加入Ca(OH)2，调节磷泥浆液pH为8，搅拌1h。然后向其中加入双氧水进行一段氧化处理，双氧水用量为原始含磷污泥量的10％。同时进行超声、曝气和搅拌处理，超声波频率为40kHz，曝气量为12m3/h，搅拌速度为300r/min，氧化时间为2h。然后再加入次氯酸钠进行二段氧化处理，次氯酸钠投加量为原始含磷污泥量的50％，氧化时间为4h，在反应过程中同时进行超声和曝气处理，具体参数与一段氧化阶段相同。
氧化反应完成后，将浆液转移至压滤机中脱除污泥的间隙水，减小污泥体积，通过压滤后可得到安全、无害的泥渣。在常温、干燥的环境下可达到无烟、无火的状态，在火焰上灼烧不具有可燃性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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