专利名称：一种酸化法处理城市污泥制有机无机复合肥的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种处理城市污泥生产有机无机肥料的新工艺，属于化学工程领域。
保护环境是我国的基本国策，随着经济的高速发展和城市化进程的加快，城市污水对环境的污染日益加剧。为改变我国水资源污染严重的状况，从‘九五’以来，国家投巨资陆续建设了一大批污水处理厂，到2005年，人口在50万以上的城市，污水处理率要达到60％以上。大批污水处理厂的建立，将产生大量污泥，如何处理污泥，是污水处理厂面临的新问题。城市污泥主要来自生活污水，以郑州污水处理有限公司的污泥为例，其脱水后的污泥经干燥后含水9.6％，含有机质46.02％，氮2.09％，磷0.62％，钾1460毫克/千克，是生产有机肥的理想原料。
目前，处理城市污水处理厂污泥的方法主要有填埋、焚烧、经处理卖给农民用作有机肥料等。填埋和焚烧都将造成二次污染，并造成有机质资源的浪费。国内外处理污泥的方法主要是采用生物菌发酵法。
本发明是一种酸化法处理城市污泥制有机无机复合肥的的新方法，其目的在于从绿色化学工程的角度出发找到一种低成本、大规模、连续化处理城市污泥的新方法，该方法制得的有机复合肥为有机磷肥或有机镁肥用于农业生产，实现污泥的资源化利用。
本发明是利用污泥所含的水，作为硫酸与磷矿或镁矿(含氧化镁或碳酸镁的矿粉，如菱苦土、轻烧镁等)反应的工艺水，实现污泥的脱水与无机肥料生产的有机结合。
酸化法处理城市污泥制有机磷肥是将浓度为50％-100％的硫酸、80％通过100目的磷矿粉和污泥按比例加入反应器中，反应温度控制在100℃-120℃。在反应器中主要进行如下反应(1)反应完成后，经过24小时的熟化，将反应(1)生成的磷酸进一步和磷矿反应，反应如下(2)污泥作为反应的溶剂，其中的水一部分转化为反应产物CaSO4·0.5H2O和Ca(H2PO4)2·H2O的结晶水；一部分在工艺过程蒸发掉；主要部分作为游离水、毛细水等形式进入产品。总的反应如下(3)硫酸的用量可由磷矿的组成计算，磷矿主要含Ca5(PO4)3F，还含有各种杂质，主要是烧失量(碳酸盐)、氧化铁、氧化铝，所以，磷矿的理论耗酸量(G)，单位千克硫酸/千克磷矿，可通过下式计算
G＝1.61*P2O5％+2.23*IL％+0.61*Fe2O3％+0.96Al2O3％式中P2O5％、IL％、Fe2O3％、Al2O3％分别为磷矿中的五氧化二磷、烧失量(碳酸盐)、氧化铁、氧化铝质量百分含量；1.16、2.23、0.61、0.96分别为磷矿中的五氧化二磷、烧失量(碳酸盐)、氧化铁、氧化铝与硫酸反应消耗硫酸的计算系数。
硫酸的消耗量可以是理论耗酸量的20％-110％。硫酸用量大于理论耗酸量，得到的产品称为完全酸化有机磷肥；硫酸用量小于理论耗酸量，得到的产品称为部分酸化有机磷肥。污泥的加入量主要根据污泥含水量和产品含水量确定，一般控制产品含水量为10％-20％。
酸化法处理城市污泥制有机镁肥是将浓度为50％-100％的硫酸、含氧化镁或碳酸镁的矿粉(80％通过100目)和污泥按比例加入反应器中，反应温度控制在100℃-120℃。在反应器中主要进行如下反应
硫酸与氧化镁矿粉反应需要大量的结晶水，将污泥中的部分水转化为七水硫酸镁；由于反应是剧烈的放热反应，一部分水在反应中蒸发掉；另有一部分游离水。
理论上可计算出每1吨纯MgO，需要加入2.7吨水和2.45吨硫酸。则1吨含MgO80％的矿粉，需要加入2.16吨水(即可加入3.086吨含水70％的污泥)和1.96吨硫酸。在实际生产有机镁肥时，硫酸的消耗量可以是理论耗酸量的20％-110％，污泥的加入量控制在产品含水20％-40％之间。
酸化法处理城市污泥创造性地利用污泥所含的水满足制肥反应所需要的工艺水，将污泥作为酸矿制肥反应的溶剂，实现污泥的资源化利用。和现行的生物堆肥法处理污泥相比，具有下列优点1生物堆肥法需要生物菌发酵堆置5-10天，且在堆置过程中需进行翻堆，占用场地大，不便连续化作业。而酸化法处理城市污泥，可大规模、连续化处理污泥。
2生物堆肥法处理后的污泥中仍含69-70％的水，主要为游离水，物性较差；而酸化法处理后的城市污泥，水分主要为结晶水，物性好、产品疏松。
3生物堆肥法处理城市污泥得到的产品是有机肥；而酸化法处理城市污泥，得到的产品是有机无机复合肥。
4生物堆肥法处理城市污泥难以消除污泥中的病源菌和臭味；而酸化法处理城市污泥，可利用反应的高温(100度以上)和强酸性，实现污泥的杀菌和除臭。
5酸化法处理城市污泥和生物堆肥法处理城市污泥相比，污泥只是作为生产无机化肥的工艺原料，污泥的处理费用很低。
实施方案举例实施方案1酸化法处理城市污泥生产有机磷肥。
所用磷矿为贵州息峰磷矿，磷矿细度80％通过100目，磷矿粉成分P2O534.34％，Fe2O33.29％，Al2O31.71％，IL3.04％。所用污泥含水为70％。
计算理论耗酸量为G＝1.61*34.34％+2.23*3.04％+0.61*3.29％+0.96*1.71％吨＝0.657吨硫酸/吨磷矿粉。
按工艺要求，湿法生产矿浆控制含水27％左右。
则可计算出每吨磷矿需要加水0.243吨，折合含水70％的污泥0.347吨。
原料配比为，每吨磷矿可加硫酸0.657吨，加污泥0.347吨。
将一份的磷矿粉与0.657份的硫酸和0.347份的污泥按比例均匀加入反应器中，边加料边搅拌，反应温度105度，反应时间约5分钟，反应后的半成品放置24小时左右，得到成品有机磷肥。
实施方案2酸化法处理城市污泥生产有机镁肥。
所用镁矿粉含MgO80％，细度为80％通过100目，所用污泥含水70％。
根据计算，1吨纯MgO，需要加入2.7吨水和2.45吨硫酸。
1吨含MgO80％的矿粉，需要加入2.16吨水，折合含水70％的污泥3.086吨和1.96吨硫酸。
将一份含MgO80％的矿粉，细度为80％通过100目，与1.96份的浓硫酸和3.086份的污泥按比例均匀加入反应器中，边加料边搅拌，反应温度105度，反应时间约20分钟，反应后的半成品冷却后，得到成品有机镁肥。
权利要求
1一种酸化法处理城市污泥生产有机无机复合肥的方法，其特征是利用污泥所含的水，作为硫酸与磷矿粉或镁矿粉反应所需要的工艺水，将磷矿粉或镁矿粉与硫酸和污泥按比例均匀加入反应器中，边加料边搅拌，进行反应，控制反应温度在100℃-120℃，反应后的半成品经熟化或直接冷却后，得到成品有机磷肥或有机镁肥，并在反应过程中利用硫酸的强酸性和反应热产生的高温实现污泥的杀菌。
2按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用的镁矿为含氧化镁或碳酸镁的矿粉，如菱苦土、轻烧镁等；
3按照权利要求1所述的方法，其特征在于控制有机磷肥的产品含水量为10％-20％；
4按照权利要求1所述的方法，其特征在于控制有机镁肥的产品含水量为20％-40％。
全文摘要
一种酸化法处理城市污泥制有机无机复合肥的方法，属于化学工程领域，该方法主要解决城市污水处理厂的沉淀污泥处理问题。其基本技术特征是利用污泥所含的水，作为硫酸与磷矿或镁矿反应所需要的工艺水，生产有机磷肥或有机镁肥，同时利用反应的高温和强酸性，解决了污泥的杀菌和除臭问题，实现污泥处理与生产有机磷肥或有机镁肥的有机结合，并实现低成本、大规模、连续化处理城市污泥。得到的有机磷肥或有机镁肥，物性疏松，无菌、无臭，便于施用，是优良的有机无机复合肥，可用于各种农作物施肥。
文档编号C05F11/08GK1459437SQ0212050
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者张文辉, 谷守玉, 段平, 王振岩, 许秀成 申请人:郑州大学, 河南力浮科技有限公司