不同pH控制策略下剩余污泥中NH4^＋-N、PO4^3--P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD,在其水解酸化过程中对pH条件进行控制,使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22～25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性（pH=3）,在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性（pH=10）;3#反应器中剩余污泥先调节为碱性（pH=10）,在实验第8 dCOD溶出量最多后调节为酸性（pH=3）;2#反应器为对照实验,pH不进行调节。结果表明：若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主,剩余污泥由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）优于由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）;若要回收污泥上清液中的COD为主,剩余污泥由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）优于由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）。     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD,在其水解酸化过程中对pH条件进行控制,使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22～25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性(pH=3),在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性(pH=10);3#反应器中剩余污泥先调节为碱性(pH=10),在实验第8 dCOD溶出量最多后调节为酸性(pH=3);2#反应器为对照实验,pH不进行调节。结果表明:若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主,剩余污泥由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)优于由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10);若要回收污泥上清液中的COD为主,剩余污泥由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10)优于由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)。     

酸性条件下剩余污泥中Ca2+和Mg22++溶出对磷回收的影响

为了在酸性条件下实现剩余污泥中磷的高效回收，对pH=3时剩余污泥水解酸化过程中氨氮、正磷酸盐和钙镁离子的溶出现象以及磷回收进行了研究分析。结果表明：当pH=3时，所溶出的氨氮、镁离子和钙离子与磷酸盐的摩尔比均大于1，能满足采用鸟粪石沉淀法或者羟磷灰石沉淀法回收磷的要求；但所溶出的钙镁离子的摩尔比大于1，会对鸟粪石沉淀法回收磷的顺利进行有较大影响；有无外加镁剂对磷回收率影响不大。采用改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂进行离子交换可以得到较高纯度的鸟粪石沉淀产品，通过XRD检测其纯度为95%以上。     

酸性条件下剩余污泥中Ca2＋和Mg2＋溶出对磷回收的影响

为了在酸性条件下实现剩余污泥中磷的高效回收，对pH=3时剩余污泥水解酸化过程中氨氮、正磷酸盐和钙镁离子的溶出现象以及磷回收进行了研究分析。结果表明：当pH=3时，所溶出的氨氮、镁离子和钙离子与磷酸盐的摩尔比均大于1，能满足采用鸟粪石沉淀法或者羟磷灰石沉淀法回收磷的要求；但所溶出的钙镁离子的摩尔比大于1，会对鸟粪石沉淀法回收磷的顺利进行有较大影响；有无外加镁剂对磷回收率影响不大。采用改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂进行离子交换可以得到较高纯度的鸟粪石沉淀产品，通过XRD检测其纯度为95％以上。     

酸碱联合调节剩余污泥过程中氮、磷和有机质的释放

实现城市污泥的减量化和资源化是污水厂面临的难题之一。通过采用(1)先酸性(pH=3)后碱性(pH=10)、(2)先碱性(pH=10)后酸性(pH=3)的两段控制方式(每段反应8 d),同时做pH不调的对比实验,研究剩余污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,酸碱联合调节有利于各组分的释放;氮和磷在酸性条件下的释放量大于碱性,有机质在碱性条件下的释放量大于酸性;采用(2)方式,调为酸性后反应1 d,氨氮的释放量即达到最大(17.28 mg/g TS);采用(1)的调节方式反应7 d,磷酸盐能达到最佳释放量(14.16 mg/g TS);总VFAs的产生受反应时间的影响较大,其余有机质组分在(2)的调节方式下,6 d左右即可达到较大释放量。     

pH对混合污泥水解酸化的影响

pH对剩余污泥和初沉污泥水解酸化的影响已有报道,但pH对混合污泥水解酸化的影响尚鲜见报道。为此对厌氧环境,(20±1)℃,pH=4～11以及不控制pH条件下混合污泥的水解酸化特征进行了研究。研究发现:对pH调控有利于污泥SCOD的溶出,在较强的碱性条件下污泥溶出的SCOD要大于其他条件下的,特别是pH=10和11条件下污泥溶出的SCOD要远高于其他条件下。碱性环境和酸性环境以及中性环境相比更有利于混合污泥产酸,最佳产酸pH条件为pH=10。在酸性和极端碱性条件下均有利于混合污泥中氨氮和磷的释放。碱性环境利于挥发性悬浮固体(VSS)的去除,但不利于总悬浮固体(TSS)的去除。在不同pH条件下将混合污泥的发酵特征和剩余污泥和初沉污泥发酵特征比较,发现3种污泥水解和产酸均在碱性条件下最好,且在20～22℃的条件下,产酸量均在pH=10的条件下达到最大。     

剩余污泥水解酸化液中营养元素与有机质的回收

为回收剩余污泥水解酸化液中的营养元素与有机质,构建了白云石-水解酸化液钙镁溶出体系,获得富含钙镁的溶出液,控制溶出液反应pH和反应时间进行第1阶段回收,以回收后的上清液进一步作为钙镁源从水解酸化液中进行第2阶段回收。结果表明,钙镁溶出的适宜条件为酸化pH 4.0~4.5、白云石颗粒50~80目、固液比3∶100(每100mL水解酸化液中投加3g筛分后白云石)、溶出时间10h;第1阶段回收适宜的反应pH为8.5,氮(以氨氮计)回收率、磷(以可溶性正磷酸盐(以P计)计)回收率分别为10.24%和95.89%;第2阶段回收适宜的镁磷摩尔比为0.60、反应pH为9.0,此时氮、磷回收率分别为14.60%和83.91%;傅立叶红外变换(FTIR)和电感耦合等离子直读光谱(ICP)分析表明,回收产物主要由无机养分和有机质组成,重金属含量极少。利用白云石提供钙镁源能经济有效地回收剩余污泥水解酸化液中的氮、磷等营养元素,同时回收有机质,回收产物品质符合《有机-无机复混肥料》(GB 18877—2009)中Ⅰ型肥料要求。     

污泥水解酸化过程中污染物的释出及其影响因素研究

为了回收利用污泥中的有机物、氮和磷，研究了将厌氧污泥接种到吸附了污染物质的剩余污泥中，对污泥水解酸化的促进以及污泥中微生物所摄取污染物质的释出规律；揭示了厌氧条件下发酵时间、污泥量、pH和热处理对污染物释出的影响。结果表明，接种24 h后污染物被大量释放出来；在发酵时间为24 h条件下，污染物释出量与污泥质量成正比；吸附了污染物的剩余污泥相对含量越高，释磷量越大；污泥厌氧发酵时，碱性条件下有机物和正磷酸盐的释出量大于酸性条件，加碱调高pH可有效促进氨氮的释出；对吸附了污染物的剩余污泥进行短时热处理可有效缩短其厌氧发酵时污染物的释出时间。结果表明，控制污泥厌氧水解发酵条件可以促进污染物的释出，有利于下一步的回收。     

初始pH值对磷酸盐还原除磷的影响研究

以超高盐（盐度7％，以NaCI计）高磷榨菜废水为研究对象，考察了初始pH值对磷酸盐还原进程的影响。实验结果表明，初始pH值对磷酸盐还原除磷效能影响显著。初始pH为8时，磷酸盐还原除磷率达到最高，平均值为65．45％。同时，初始pH值还会影响污泥中活性磷的形成以及基体对磷化氢的吸附。此外，偏碱性有利于磷形态转化，且BD-P（主要是一些可溶性的、还原性强的、带有Fe-P化合物的集合）含量的高低调控着生物膜内间隙水中溶解态可反应性磷（DRP）和可还原水溶态磷（RSP）含量，最终决定着磷酸盐还原进程。随着初始pH值的升高，污泥对磷化氢的吸附能力降低导致污泥中结合态磷化氢（MBP）含量不断减少。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。