剩余污泥焚烧灰分磷回收及其技术进展

焚烧渐渐成为剩余污泥终极处理、处置方式,而焚烧产生的污泥灰分中又包括了污水中绝大部分（>90%）的磷.因此,从焚烧灰分中回收磷也为污水磷回收提供了最佳位点.从污泥灰分中回收磷已存在一些适用技术,但灰分中重金属含量对工艺选择有重要影响,这可能会限制灰分直接用作农作物肥料的可行性与价值.因此,磷提取并纯化是灰分磷回收的重要技术步骤,同时也需兼顾工艺经济成本与环境影响.为此,本文从磷提取与磷纯化角度总结了目前灰分磷回收技术的国际研发进展,涵盖生物法、湿式化学法和热化学法;分析比较了不同方法在技术经济、环境影响及适用灰分方面的差别.生物法行之有效、环境影响小,但完成磷回收时间漫长;湿式化学法研发、应用最为广泛,但对环境影响较大;与污泥焚烧统筹合建可使热化学法更具经济性.然而,3类不同技术工艺并不具有相互替代性,需根据灰分成分进行合理选择.此外,前端污水处理以及中端污泥前处理也应与末端灰分磷回收相结合,尽量避免过多化学药剂投加带来的污泥灰分金属含量增加.污泥单独焚烧亦是决定灰分磷回收效率的关键.欧洲政策已明显支持污泥焚烧并从灰分中回收磷,政策和做法值得我国借鉴、学习.     

污水处理厂污泥中磷的回收

磷是一种不可再生而又面临枯竭的重要资源。为控制水体富营养化,污水处理厂采用生物除磷脱氮工艺把污水中的磷转移到污泥中以除去;由此形成富磷污泥,为实现污泥磷回收创造了条件。并介绍了三种从污水处理厂剩余污泥中回收磷的工艺:污泥水解回收磷的工艺(KREPROProcess和Cambi-KREPROProcess)和从污泥焚烧灰中回收磷的工艺(BioConProcess)。这些工艺可以以磷酸铁或磷酸的形式回收污泥中约75%的磷。     

污水处理厂污泥磷形态及低温热解-碱解联合处理的释磷效果研究

以北京三家污水处理厂的污泥为研究对象,通过SMT法分析污泥中不同形态磷的含量与分布特征及热碱联合处理后污泥的释磷情况,为污泥磷回收预处理技术提供支持。结果表明:无机磷(IP)是污泥中磷的主要存在形态,三家污水处理厂污泥中IP分别占总磷(TP)的63%、68%、75%以上;生物有效磷在TP中均占60%~76%,并与总磷有显著的正相关关系。污泥的热碱联合处理结果表明:1)热解阶段:污泥上清液中正磷酸盐占总磷的比例和总磷释放率均随热解温度呈先上升后下降趋势;60℃时污泥上清液中正磷酸盐占TP的比例最高,TP释放率也较高。2)碱解阶段:pH为9~11时,污泥上清液中正磷酸盐占TP的比例随pH升高而减少,pH≥11后趋于稳定;TP释放率与pH大体呈正相关关系。考虑后期磷回收的可行性及药剂投加成本等原因,选择最适处理条件为:热解温度为60℃,热解时间为30 min;碱解pH为11,碱解时间为30 min。     

EDTA-2Na添加提高污泥热水解磷的回收效率和鸟粪石纯度

污水处理厂剩余污泥因富含大量的磷而成为一种资源.为了提高磷的回收效率和回收产物(鸟粪石)纯度,本文采用响应曲面法、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱法(SEM-EDS),研究了EDTA-2Na的添加对污泥热水解过程中磷的释放和回收效率的影响.结果表明,最佳磷释放条件为:EDTA-2Na浓度9.2 mmol·L~(-1)、pH=3.9、水解温度T=62℃.在此条件下,污泥中磷的释放率为77.9%,远高于未添加EDTA-2Na的磷释放率(39.7%);在pH=9,Mg/P=1.2∶1的条件下进行磷回收,与未添加EDTA-2Na情况相比,污泥中磷的回收率从30.9%提高到70.2%,鸟粪石纯度从32.5%提高到61.3%,回收的晶体沉淀主要成分为磷酸氨镁.由于EDTA-2Na可与金属离子发生络合,同时引起细胞膜和胞外聚合物的破解,使磷的回收效率和鸟粪石纯度均得到提高.     

石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的磷回收研究

蓝铁石结晶法磷回收是近年来国内外磷回收领域研究的热点.如何获得高产率的结晶产物,对于蓝铁石结晶法磷回收技术的广泛应用至关重要.本研究将不同投加量、不同粒径的石墨加入到混菌铁磷复合体系中培养22 d,探讨石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石过程的影响,以期为碳材料强化蓝铁石结晶法磷回收提供科学依据.结果表明:当石墨投加量为1 g·L~(-1)、粒径为10μm时,Fe(Ⅱ)含量在第10 d和第14 d时分别比对照组高12%和10%,对蓝铁石合成的强化作用最为明显.因此,1 g·L~(-1)、10μm的石墨投加条件为本实验中石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的最佳磷回收条件.实验末期测定了对照组和最佳石墨组体系中微生物蛋白含量,发现二者之间并无明显差异,表明石墨对微生物量的影响不大.此外,分析微生物群落结构变化发现,与原始污水水样相比,对照组和石墨组的变形菌门比例明显增加,且石墨组的增幅更大,表明石墨更利于变形菌的富集.由此推测,石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石的促进可能源于体系中石墨对变形菌门细菌的强化富集作用.     

磷回收技术的研发现状及发展趋势

磷是地球上一种不可自然再生的有限资源,磷的这一属性近年来已诱使国际磷矿石价格一路飙升,较10年前翻了6番.与此同时,全球范围内普遍存在着陆地磷矿产资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化这一矛盾.这样的资源与环境现状目前正推动着以"回收"磷代替"去除"磷之理念的快速传播与研发技术的实际应用;从污水以及动物粪尿中发掘"第二磷矿"的设想目前正被国际社会所日益青睐.2009年5月"第4届从污水中回收营养物国际会议"高度浓缩了当今世界有关磷回收技术的研发与应用现状.以此次会议内容为主线,结合其他方面最新研究与应用成果,首先对磷回收偏爱产物——鸟粪石形成的pH等重要反应条件之基础性研究成果进行了概述.其次,详细阐述了磷回收技术的研发进展,除传统的化学沉淀、结晶、吸附/解吸附等方法外,还着重介绍了尿液源分离、MBR、纳米技术、丝状聚磷微生物、生物浸取/生物富集、生物铁工艺等新型磷回收技术,以及动物粪尿磷回收、污泥及肉骨焚烧灰回收磷与生物质磷回收技术.最后,以实例说明磷回收产物在农业和水产养殖业方面的尝试效果,并对磷回收未来技术发展趋势进行了宏观展望.     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

pH值对化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

膜生物反应器中生物铁对活性污泥性能的影响

污泥性能是决定污水处理效果的关键因素. 通过向膜生物反应器中添加生物铁来强化污水处理效果,研究膜生物反应器中生物铁对活性污泥性能的影响,比较普通膜生物反应器(普通MBR)和生物铁膜生物反应器(生物铁MBR)中的污泥指数(SVI)、污泥质量浓度〔ρ(MLSS)和ρ(MLVSS)〕、污泥的脱氢酶活性和耗氧活性. 结果表明,生物铁膜生物反应器中的污泥结构紧密,生物相丰富,污泥质量浓度比较稳定;生物铁MBR的SVI受进水负荷影响较小,能够克服污泥膨胀的影响;生物铁MBR污泥的脱氢酶活性和耗氧活性与普通膜生物反应器相似,随水力停留时间(HRT)的缩短或泥龄(SRT)的延长脱氢酶活性和耗氧活性呈下降趋势.      

三种有机酸对磷酸钙法回收模拟养猪场污水中磷的影响

采用磷酸钙(Calcium Phosphate,CP)结晶法回收模拟养猪场污水中的磷,考察了不同pH值条件下,3种有机酸(柠檬酸、丁二酸和乙酸)对模拟污水中磷去除率的影响,并利用扫描电镜和X射线衍射仪对结晶产物进行了表征.结果表明,CP结晶反应的最佳pH值约为9.5.在相同pH值条件下,柠檬酸对CP结晶反应中磷的去除效率和速率均有显著影响,高浓度柠檬酸能够完全抑制CP结晶反应,导致磷的去除率小于5%.相比之下,丁二酸和乙酸对磷的去除效率和速率影响不明显.3种有机酸对CP结晶产物的形状没有明显影响,所得产物均呈不定形的块状,但产物体积大小会随有机酸浓度升高而明显减小.不同浓度丁二酸和乙酸存在条件下均能得到羟基磷酸钙(Hydroxylapatite,HAP)晶体,但柠檬酸的存在会影响所得产物晶形.     

基于污染物回收与资源化的新型城市污水生物净化工艺

现行城市污水生物处理系统能耗高、工艺复杂,而且污水中蕴含着能量的有机物、可作为肥料的氮和磷在处理过程中被转化、分解或以固废被处置,从而导致资源浪费.探讨了先通过生物吸附/吸收作用将污水有机物、氮、磷从水中转移到污泥中,达到污水净化的目的;再使污泥将污染物释放出来.把有机物转化为甲烷、氮、磷沉淀后回收,污泥经活化后再次用于吸附的城市污水资源化生物净化新工艺.该工艺可以最大限度地避免污染物的氧化,将极大降低能耗,同时实现资源的回收.在此论述了实现该途径的可能性与存在的问题.     

污泥中磷的形态与生物可利用磷的分布及相互关系

应用SMT法(The Standards, Measurements and Testing Programmed)对南京市江心洲污水处理厂不同处理阶段污泥中磷的形态进行了分析,揭示了污泥中生物有效磷的可利用性和迁移性.结果表明,污泥中的磷主要以无机磷(IP)的形态存在,占总磷(TP)的61%以上;有机磷(OP)含量较低,仅为15%-35%;而在无机磷中,非磷灰石无机磷(NAIP)是主要的赋存形态,占IP的60%以上.这表明污泥中的磷具有较高的潜在生物可利用性. TP与NAIP OP呈极显著的正相关关系(R2=0.9607, p<0.01),表明在不具备磷形态分析的情况下,可以通过TP的测定来预测污泥中磷的潜在生物有效性.污泥的理化性质和磷形态含量的相关分析表明,有机质和pH是污泥理化性质中的重要指标,对污泥中磷的潜在环境行为具有重要影响.     

鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究

为了探究鸟粪石(MAP)结晶成粒技术在实际工程中的应用条件及价值,利用鸟粪石中试反应器处理无锡某污水处理厂污泥脱水液,确定了鸟粪石结晶成粒技术回收磷的最佳工况:pH=9.0,摩尔比N:P:Mg=4:1:1.3,反应周期为4d.最佳条件下脱水液磷回收率达85%,收获的鸟粪石平均粒径为0.74mm,纯度可达98.23%.收获的MAP颗粒为规则斜方晶结构,品质较好,颗粒纯度高杂质少.经济分析表明,鸟粪石结晶成粒技术回收每吨污泥液中磷的药剂成本为0.38元.     

富磷剩余污泥厌氧消化过程中的水解与生物释磷机制

以某采用A/O生物除磷工艺的污水处理厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,设计厌氧消化比较试验,讨论了富磷剩余污泥厌氧消化过程中的磷释放机制.结果发现,剩余污泥消化系统中的SOP(溶解性正磷)释放/PHA(聚羟基烷酸)合成比值大于活性污泥厌氧释磷系统,证实了剩余污泥厌氧消化过程中水解机制是磷释放的主导机制;剩余污泥消化系统中的PHA合成/糖原降解比值小于活性污泥厌氧释磷系统,表明污泥消化系统中的糖原降解不仅仅是生物释磷引起的;厌氧消化系统中抑菌剂的存在对于污泥消化系统的水解释磷机制与生物释磷机制均是不利的.     

羟基磷酸钙联合生物介质结晶除磷新工艺

将颗粒污泥引入结晶除磷过程,开发了羟基磷酸钙联合生物介质结晶除磷新工艺.运用自主设计的除磷反应器,考察了pH值、Ca/P、HRT对工艺性能的影响.试验结果显示,对含磷浓度为30mg/L的模拟废水,优化工艺参数为pH=12、Ca/P=3.34(摩尔比)、HRT=60min,除磷率为99.81%,出水磷浓度低至0.057mg/L.采用优化工艺参数,该工艺对猪场废水的除磷率为85.85%,出水磷浓度为4.67mg/L.磷元素在除磷产物中得到富集,尤其在反应器顶部、中部,除磷产物中磷含量达到37.68%和36.57%(以P2O5计),且主要以羟基磷酸钙形态存在,达到优质磷矿石标准,具有较高的回收价值.     

面向未来污水处理技术应用研究现状及工程实践

目前全球面临巨大能源、水污染及资源危机,传统污水处理技术已无法满足可持续发展需求,实现能源自给、污水再生及资源回收的新型污水处理技术是未来水厂重要实施路径.污水处理厂实现能源自给的关键一是"开源",即高效回收污水中有机物化学能、低品位热能,并利用外源有机物厌氧共消化、太阳能、风能等技术开发能源;二是"节流",即利用高效设备、精细化运行系统及厌氧氨氧化技术等举措节能降耗.基于可饮用用途,MBR+RO法是实现污水再生的主要途径,但膜污染严重、电耗高的问题仍有待解决.通过污泥水解技术获得富含VFA的优质碳源或合成PHAs的主要原料是有机物资源化的重要方向;利用污泥焚烧磷回收,可获得90%以上的磷回收率,并可解决污泥处置的困境.系统总结了国内外面向未来污水处理新技术应用研究现状,介绍了典型国家对未来污水处理技术的实践,提出我国面向未来污水处理厂面临的阻碍及可能的出路,为我国未来污水处理厂的发展提供方向.     

多孔水化硅酸钙的制备及其磷回收特性

为实现磷资源的可持续利用,以环境废弃物电石渣为钙质材料,以白碳黑为硅质材料合成CSH(水化硅酸钙),以该材料为晶种,以结晶形成羟基磷灰石的形式从含磷废水中回收磷,重点研究了不同钙硅比〔c(CaO)/c(SiO₂)〕条件下制备的CSH对含磷废水中磷的回收特性. 结果表明,钙硅比为1.8∶1时所得的CSH结构更疏松、表面分布有较多的孔隙, 较大的比表面积使其具有较好的溶钙能力. 钙硅比为1.8∶1的CSH最佳磷回收工艺条件:反应时间为60min,CSH投加量为4g/L,搅拌强度为40r/min. 在该条件下重复除磷15次以后,回收产物中w(P)达到17.56%,说明CSH具有良好的磷回收性能. 对回收磷前后的CSH进行了XRD图谱分析和FTIR分析发现,溶液中的磷主要生成了羟基磷灰石并嵌入到CSH中. 基于回收磷的目的,CSH可以用于处理ρ(P)较高的工业废水,或者是生物除磷系统中的污泥厌氧释磷液中,回收磷后的产品可作为含磷矿石或者磷肥加以利用.      

污泥龄对LSP ＆ PNR污泥减量新工艺运行效能的影响

通过研究分析污泥龄（SRT）对富磷污水除磷的LSP＆PNR污泥减量新工艺运行效果的影响,结果发现,延长污泥龄有利于提高系统的厌氧释磷能力,但不影响其总的除磷率,同时磷的回收比例增大,当SRT=50 d时,磷回收率取得最大值70.4%;LSP＆PNR系统污泥龄增加,还有利于污泥产率的降低。试验还发现,排富磷污水除磷的长污泥龄LSP＆PNR系统的除磷效率与污泥产率之间不存在制约关系,即系统可以同时获得优异的污泥减量与生物除磷效果,当SRT=50 d时,每降解1 kg COD仅产生0.143 kg污泥,而除磷率达最高值92.8%;LSP＆PNR系统中SRT、DO与SVI之间存在一定的相关性,在供氧充足（DO=0.8-1.5 mg/L）条件下,SRT增加,SVI越高,但对于SRT为50 d的LSP＆PNR系统,稳定运行时没有污泥膨胀之虞。     

污水生物处理中抗生素的去除机制及影响因素

环境中的抗生素污染日益严重,其诱导产生的抗生素抗性成为人类健康的重大威胁.通过对世界多地污水处理厂进、出水中抗生素浓度水平的文献调研汇总,发现当前的污水处理工艺不能实现抗生素的有效去除.吸附和生物降解是污水中抗生素的主要去除途径,因此本文深入地分析了吸附的作用机制和不同种类抗生素吸附程度的差异;从生物降解性能、降解菌和降解产物等方面分析抗生素在污水生物处理过程中的生物降解作用;分析讨论了水力停留时间、污泥停留时间、温度和工艺选型(传统活性污泥法、膜生物反应器和生物脱氮工艺)等污水生物处理工艺的运行条件对吸附和生物降解途径的影响,进而解析对抗生素去除效果的影响.菌群组成、生长基质供应情况和微污染物共存情况等因素对污水生物处理中抗生素迁移转化的影响需要更深入地研究.     

pH对低温除磷微生物种群与聚磷菌代谢的影响

在5°C条件下通过运行SBR生物除磷反应器和静态实验考察pH对低温生物除磷系统的影响。pH不仅影响生物除磷反应器的性能,而且也会影响生物除磷系统的微生物种群结构。在pH为6的条件下长期运行的生物除磷系统中聚糖菌大量存在;而在中性(pH=7)和弱碱性(pH=8)条件下,聚磷菌在活性污泥中占有优势地位。静态实验结果表明,当pH在6⁸.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在68.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在6⁸之间变化时,乙酸吸收和PHB的合成能力随着pH升高而加强,当pH升高到8.5时,PHB合成能力下降,从而抑制了好氧段磷酸盐的吸收。pH为8时,生物除磷系统实现了充分的释磷和吸磷,并取得了最好的除磷效果。