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。     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH+4-N、PO3-4-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 d COD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)。     

微波及其组合工艺污泥预处理上清液中碳酸盐对磷回收的影响

本研究考察了微波及其组合工艺(微波-酸、微波-碱、微波-过氧化氢和微波-过氧化氢-碱)污泥预处理的碳酸盐溶出特征,并研究了碳酸盐对鸟粪石法磷回收的影响。结果表明,微波及其组合工艺进行污泥预处理时,碳酸盐的释放与pH值显著相关,但与预处理方法无关。模拟实验结果表明,当在浓度≤150 mg/L时,碳酸盐对鸟粪石结晶的磷/镁摩尔比(Mg/P=0.74~1.16)具有一定影响,但对鸟粪石法磷回收率(>90%)和鸟粪石结晶形态(呈典型的斜方晶型)没有显著影响。     

工艺条件对鸟粪石晶体的粒径和沉降速度的影响简

采用激光粒度仪实验测定了小型套管式空气曝气填料层磷回收装置中不同条件下生成的鸟粪石晶体的体积平均粒径，考察了其变化规律，并结合Stokes公式计算了晶体的沉降速率，同时考虑鸟粪石晶体形状的影响，进行了相应的修正。实验结果表明，鸟粪石的粒径在10~200 μm之间，主要集中于20~100 μm；在磷回收装置中添加填料并通入空气有利于增大鸟粪石晶体的粒径和沉降速度，无填料无空气时和有填料有空气时的平均粒径分别在30~55 μm和40~65 μm之间。随着pH值的增大，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度逐渐增大，但当pH大于9.0后，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度又逐渐减小；氮磷比值从1：1增大到2：1，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度小幅度增加，氮磷比进一步增大，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度基本不变；镁磷摩尔比在1：1~1.2：1的范围内时，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度随镁磷比的增大而增大；镁磷摩尔比大于1.2：1后，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度随镁磷比的增大逐渐减小；初始磷浓度越高，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度越大。     

工艺条件对鸟粪石晶体的粒径和沉降速度的影响

采用激光粒度仪实验测定了小型套管式空气曝气填料层磷回收装置中不同条件下生成的鸟粪石晶体的体积平均粒径，考察了其变化规律，并结合Stokes公式计算了晶体的沉降速率，同时考虑鸟粪石晶体形状的影响，进行了相应的修正。实验结果表明，鸟粪石的粒径在10—200μm之间，主要集中于20～100μm；在磷回收装置中添加填料并通人空气有利于增大鸟粪石晶体的粒径和沉降速度，无填料无空气时和有填料有空气时的平均粒径分别在30～55μm和40～65μm之间。随着pH值的增大，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度逐渐增大，但当pH大于9．0后，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度又逐渐减小；氮磷比值从1：1增大到2：1，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度小幅度增加，氮磷比进一步增大，鸟粪石晶体的粒径和沉降速度基本不变；镁磷摩尔比在1：1—1．2：1的范围内时，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度随镁磷比的增大而增大；镁磷摩尔比大于1．2：1后，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度随镁磷比的增大逐渐减小；初始磷浓度越高，鸟粪石晶体的平均粒径和沉降速度越大。     

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。     

以农田高盐排水为替代镁源回收养殖废水中的磷素

为解决新疆南疆地区养殖废水高浓度氮磷和农田排水中的高浓度盐分的协同污染问题,以农田高盐排水为镁源对模拟养殖废水中的磷进行了回收实验,对比了高盐排水和常规镁源的磷回收效率,探讨了影响其回收的主要因素,并通过正交试验获得了高盐排水回收磷的最优反应条件.与常规MgC12镁源的磷回收对比分析结果表明,pH=10时高盐排水回收磷的效率最高,比MgCl2镁源达最大回收率所需的反应pH略高;利用L34正交试验探究了pH(8、9、10、11)、Mg:P摩尔比(1.0、1.5、2.0、2.5)、N:P摩尔比(1.0、1.5、2.0、4.0)对高盐排水镁源回收磷的影响,并结合SPSS统计分析得到高盐排水回收磷的最优反应条件为pH=10、n(Mg):n(P)=2.5,n(N):n(P)=4;高盐排水中的HCO3-和SO42-离子对磷回收有抑制作用,而Ca2+离子对磷回收有促进作用;XRD和SEM-EDS分析表明,高盐排水回收磷的产物以鸟粪石为主,并夹杂着磷灰石和粘土矿物等杂质.整体上,以高盐排水作为替代镁源回收磷的效果较好,本研究为解决鸟粪石沉淀法的镁源问题提供了一种新思路.     

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。     

鸟粪石结晶沉淀法处理氨氮废水的应用研究

论述了鸟粪石的形成机理、形成的影响因素。在废水处理中采用鸟粪石沉淀法脱氮，具有氨氮去除率高、反应速度快、污泥体积小的优点，同时可以回收氨氮。作为缓释肥，具有良好的经济效益。重点介绍了鸟粪石沉淀法处理氨氮废水目前的研究进展，并探讨了该技术在今后的研究趋势。     

鸟粪石法回收制肥工业废水中氨氮的中试研究

制肥工业废水中氨氮浓度高,难以直接进行生化反应,采用鸟粪石沉淀法可有效去除并回收氨氮。利用中试反应器回收某制肥工业废水中的氨氮,采用氯化镁与氧化镁作为联用镁源,通过考察不同进料方式、搅拌速度、停留时间等因素的影响,确定了鸟粪石法回收氨氮的最佳工况:采用间歇进水、固体投加镁源的投料方式,搅拌速度300 r/min,停留时间2 h。最佳条件下,氨氮去除率达到93.5%,磷残余率小于0.3%,生成的鸟粪石纯度可达85.6%,砷和铅的质量分数分别为0.0036和0.0008,符合肥料中重金属限值(GB/T 23349-2009),其他重金属均未检出。因此,回收产品有很好的利用价值。经济分析表明磷源是此方法处理成本较高的主要原因。     

微生物电解池从剩余污泥热碱水解液中回收鸟粪石

通过鸟粪石的形式回收城市污水处理厂剩余污泥中的氮磷,不仅可减少对环境的污染,而且可以实现氮磷的资源化。利用微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)开展了回收剩余污泥热碱水解液中鸟粪石的研究,实验结果表明,剩余污泥通过热碱水解促进了磷酸盐的释放,经MEC处理后可形成鸟粪石沉淀。扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)结果表明,阴极沉淀物为斜方晶,主要成分为N、O、P、Mg,符合鸟粪石的成分组成及晶体特征。双室MEC的鸟粪石生成速率远大于单室MEC的,双室MEC对磷酸盐的去除率最高可达77%,而单室MEC对磷酸盐去除率最高为56%。在双室MEC中,随着外加电压的升高,鸟粪石的生成速率增大,当外加电压为0.95 V时,鸟粪石生成速率为0.37 g/(m2·h);当外加电压为1.15 V时,鸟粪石生成速率为0.61 g/(m2·h)。微生物电解池为剩余污泥中鸟粪石的回收提供了一种新的处理方法。     

鸟粪石沉淀法去除酿酒废水中磷的研究

以氧化镁和硫酸镁作为镁源采用鸟粪石(MAP)沉淀法对酿酒废水开展了除磷实验研究,考察不同因素对TP去除效果的影响。结果表明:除磷效果影响因素重要性排序为pH转速Mg~(2+)与P的摩尔比。以氧化镁为镁源时,MAP沉淀法的最佳反应条件为pH=10.0,转速150r/min,Mg~(2+)与P摩尔比为1.2;以硫酸镁为镁源时,MAP沉淀法的最佳反应条件为pH=10.0,转速50r/min,Mg~(2+)与P摩尔比为1.0。正交实验与单因素实验结果基本一致,最佳条件下TP去除率均可达90%以上。受酿酒废水矿物成分影响,MAP沉淀中的MgNH_4PO_4·6H_2O纯度较低,综合考虑,采用MAP沉淀法去除酿酒废水中的磷时宜选用氧化镁作为镁源。     

工艺条件对磷回收过程中鸟粪石沉淀颗粒粒径的影响

在鸟粪石沉淀法回收废水中磷的过程中,鸟粪石颗粒的大小将直接影响其沉淀的速率,进而影响鸟粪石的沉淀效果和磷的回收率。本文采用激光粒度分析仪测定鸟粪石的平均粒径,详细考察在小型连续搅拌反应-沉淀磷回收装置中不同的工艺条件下鸟粪石颗粒粒径的变化规律,并结合Stokes公式计算鸟粪石颗粒在废水出口处的沉降速率,为沉淀池的设计提供参考依据。结果表明:鸟粪石的平均粒径在12～25μm之间,沉降速率在5.46×10-5～2.37×10-4m/s之间。随着反应室水力停留时间的延长,鸟粪石颗粒的粒径逐渐增大,当停留时间超过18 min时,颗粒的粒径基本不变;随着沉淀室水力停留时间的延长,鸟粪石颗粒的平均粒径缓慢增大,当停留时间超过70 min后颗粒粒径的变化不大;鸟粪石颗粒的平均粒径在一定程度上受废水中磷初始浓度变化的影响,在磷初始浓度为62～128 mg/L时颗粒的粒径变化不大,当磷浓度为496 mg/L时粒径有较大增加,此时鸟粪石颗粒的沉降速率也大幅度增加;鸟粪石颗粒的平均粒径受pH值的影响不大;随氮磷摩尔比的增大,鸟粪石颗粒的平均粒径略有增加;随镁磷摩尔比的增大,鸟粪石颗粒的平均粒径逐渐减小,沉降速率则有明显的下降。     

电化学沉淀法从废水中回收鸟粪石

从废水中以鸟粪石方式去除氮磷通常采用投加化学试剂或吹脱CO2调节p H来实现,少有采用电化学沉淀法回收鸟粪石的应用。为探讨电化学沉淀法回收鸟粪石的可行性,实验采用电解法调节p H,进行了Ⅰ、Ⅱ2个系列的实验,以确定回收鸟粪石的最优操作条件。Ⅰ实验以不锈钢网为阴极,碳棒为阳极,Ⅱ实验采用不锈钢网为阴极,镁棒为阳极。结果表明,(1)鸟粪石沉积物大部分富集在不锈钢网上,便于收集;(2)当碳棒为阳极时,最适电解电压为3 V,镁棒为阳极时,则为3.6 V;(3)不搅拌或低速搅拌有利于鸟粪石的形成,温度对电解反应影响不大;(4)低浓度Ca2+基本不影响电解反应速度,而高浓度Ca2+不仅影响反应速度,还影响鸟粪石纯度;(5)以镁棒或碳棒处理污泥脱水滤液效果接近,都能得到高纯度鸟粪石,且能节省开支。     

鸟粪石沉淀法预处理高氨氮废水的镁盐研究

药剂费用一直是限制鸟粪石法处理高氨氮废水实际应用的主要因素。实验采用鸟粪石沉淀法预处理高氨氮废水，以磷酸氢二钠作为磷盐，就不同镁盐对高氨氮废水的处理效果进行了分析比较。实验结果表明，将氯化镁与氧化镁联用作为新型镁盐时，有很大的优势。在n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1．5，n（MgCl2）：n（MgO）=1：2，反应时间为30min条件下，氨氮的去除率可以达到90％以上，与常规单独采用氯化镁的处理方法相比，镁盐药剂费用可节约2／3以上。     

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。     

污泥发酵液主要成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响

为了研究污泥发酵液中的主要无机离子和有机成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响,选取钙和钾为典型无机离子,以与胞外聚合物(EPS)性质相似的海藻酸钠(SA)和腐殖酸的主要成分富里酸(FA)模拟污泥发酵液主要有机成分,利用小试流化床反应器进行连续流实验。结果表明,随着Ca~(2+)浓度升高,除磷率先下降后上升,生成了无定形磷酸钙沉淀,当Ca~(2+)浓度为100 mg·L~(-1)时,鸟粪石纯度降至14.9%。实验浓度范围内,K+、SA与FA均使鸟粪石纯度降至90%以下,生成少量共沉淀物,但产物晶型仍以规则斜方晶为主,除磷率在80%以上。其中SA主要附着在鸟粪石表面,阻碍鸟粪石晶体的正常生长,随着SA浓度由0 mg·L~(-1)升高到120 mg·L~(-1),产物纯度由96.0%降至77.3%,粉末状晶体增多,使产物平均粒径由0.80 mm降至0.56 mm。     

利用白云石回收污泥厌氧消化液中的磷

为经济有效地从污泥厌氧消化液中回收磷,构建了以白云石提供钙镁源的磷回收方法,探讨了磷回收的工艺条件与效果。通过盐酸酸化厌氧消化液以降低其碳酸盐含量,同时利用白云石溶于冷稀盐酸的特性使其钙镁缓慢释放到酸化的厌氧消化液中形成第一步磷回收体系,考察体系酸化pH、白云石与厌氧消化液的固液比以及反应pH对白云石的钙镁释放和磷回收效果的影响;第一步磷回收后的上清液为第二步厌氧消化液磷回收提供钙镁源,研究投加钙磷摩尔比对磷回收效果的影响。实验结果表明,当固液比为5.0时,在酸化pH为4.0～4.5且酸化溶出时间为10 h以及反应pH为9.0的条件下,第一步磷回收产物以磷酸钙盐沉淀为主,厌氧消化液磷回收率及回收产物含磷率（以P2O5计）分别达到99.43%和38.49%;第一步磷回收后的上清液按一定的钙磷摩尔比投加到酸化后的厌氧消化液中进行第二步磷回收,当投加钙磷摩尔比为0.20时,在反应pH为9.0的条件下,回收产物同时含有磷酸钙盐和磷酸铵镁,厌氧消化液中氮、磷回收率分别达到13.19%和90.90%,回收产物氮、磷含量（以P2O5计）分别为0.26%和39.58%;经XRD、XRF、ICP及SEM等分析表征,2步磷回收的产物以磷酸钙盐和磷酸铵镁为主要成分,杂质少。研究表明,利用白云石为钙镁源,通过分别构建不同的磷回收体系可以分步从污泥厌氧消化液中经济有效地回收磷,且磷回收率和回收产物含磷率高。