鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质研究

为了探究鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和物料衡算,分析了不同工艺条件下回收产物的化学组分,利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和激光粒度仪表征了不同条件下回收产物的形貌、粒度和元素组成.结果表明:各条件下废水中PO3-4-P去除率均超过93％,而NH+4-N去除率在28％左右;回收产物中主要为棒状鸟粪石(MgNH4 PO4·6H2O)晶体,同时还存在少量磷酸钙(Ca3(PO4)2·xH2O,ACP)和氢氧化镁(Mg(OH)2)等无定形颗粒;回收的鸟粪石纯度最高为87.72％,颗粒体积平均粒径最大为110 μm;鸟粪石纯度和颗粒粒度与反应液pH和进水PO3-4-P浓度相关,反应液pH由8.5±0.2升至9.5±0.2,鸟粪石纯度降低,粒度减小;进水PO3-4-P浓度由55.29 mg·L-1升至81.98 mg·L-1,鸟粪石纯度增大,粒度减小.     

海水和苦卤水作为廉价镁源对尿液废水中磷去除的影响

镁源已经成为尿液废水鸟粪石沉淀法的主要成本之一。探索以海水和苦卤水作为廉价镁源的可行性。在优化pH值、n(Mg)∶n(P)、搅拌转速、反应时间和沉降时间等条件后,海水和苦卤水作为镁源均可实现磷的高效去除。海水中镁的利用率为98%,n(Mg)∶n(P)为1即可去除96%的磷,但是沉淀产物中存在碳酸镁钙杂质。苦卤水中镁的利用率仅为75%,n(Mg)∶n(P)为1. 5时可实现98%的磷去除,并且鸟粪石纯度更高。苦卤水中镁浓度更高使得其投加量仅为海水的5%,因此可作为一种更适宜的廉价镁源。     

人工鸟粪石对Cd污染土壤中黑麦草生长的影响

以MgCl₂为添加剂,调节含N、P废水中n（Mg2+）∶n（NH₄+）∶n（PO₄3-）比例为1.15∶1∶1,pH为8.5~9,反应时间30 min,经SEM、FT-IR、XRD表征后发现,所得产物以鸟粪石为主。将人工鸟粪石联合黑麦草修复Cd污染土壤,研究表明:人工鸟粪石可有效提升土壤pH、速效磷含量以及酶活性,同时可以降低土壤中交换态Cd含量,增加黑麦草叶片谷胱甘肽GSH含量来降低叶片内丙二醛MDA含量,减少膜脂过氧化程度。与对照相比,人工鸟粪石使黑麦草生物量提升81.7%~148.5%,Cd总提取量提升25.41%~44.27%,且当添加剂量为5%时修复效率最佳。     

摩尔配比对MAP沉淀法回收模拟废水中磷的影响

以磷浓度50mg/L的实验室模拟废水为研究对象,考察了以鸟粪石(MAP)形式回收磷的最佳摩尔配比,并借助X-衍射(XRD)对不同摩尔配比条件下得到的沉淀物进行分析。试验结果表明,在pH=9.5时,以鸟粪石形式回收磷的最佳Mg:N:P=4:1.6:1。对沉淀物的XRD分析发现,在pH=9.5,当固定Mg:P=1.6时,N:P=1时沉淀物中基本不含MAP,当N:P=2时,生成的沉淀物中混有少量的副产物Mg(3PO)42,当N:P2时则生成较纯的MAP;当固定N:P=4时,Mg:P=2是生成较纯的MAP的临界值,超过此比例则生成副产物Mg(3PO)42;当反应按照理论配比投加氨氮和镁盐时,所得产物基本不是MAP,而是副产物Mg(3PO)42。故鸟粪石沉淀结晶反应中应尽量提高氨氮配比,并避免投加过量的镁盐,以保证回收产物的纯度。     

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.     

化学沉淀法去除稀土湿法冶炼废水中钙与高浓度氨氮研究

离子型稀土湿法冶炼过程中会产生大量氨氮废水,由于废水中含有大量Ca2+,而Ca2+是影响磷酸铵镁沉淀法脱氮效率的重要因素.向废水中投入Na2CO3固体生成CaCO3沉淀物,去除废水中的Ca2+,再利用磷酸铵镁(MAP)沉淀法去除废水中的氨氮.实验采用响应面实验设计方法中的中心复合设计法,利用响应面分析法对磷酸铵镁沉淀法反应参数进行优化,得到最优反应条件及最优反应条件下沉淀产物.利用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)对最优反应条件下两种沉淀物进行分析.结果表明,当n(Ca2+)∶n(CO23-)=1∶1.05,搅拌速率为1 500 r.min-1,反应时间为30 min时,Ca2+去除率接近100%;对除钙后废水进行磷酸铵镁法脱氮处理的最优反应条件为:pH=9.03,n(Mg)∶n(N)=1.20,n(P)∶n(N)=1.1,反应时间为30 min,搅拌速率为1 000 r.min-1,氨氮去除率达到95.40%,剩余总磷浓度为5.65 mg.L-1;沉淀物分别为纯净的CaCO3及MgNH4PO4.6H2O.     

从剩余污泥厌氧发酵上清液中以鸟粪石形式回收磷

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在p H为10. 5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5 d达到峰值;在添加磷源的条件下,磷回收的最佳条件为p H=9. 5、N∶P=0. 8、Mg∶P=1. 8;未添加磷源的条件下,回收磷的最佳条件为p H=9. 5、Mg∶P=1. 6、转速200 r·min-1.此外,降低N∶P摩尔比对于鸟粪石的形态和纯度均有显著影响.利用扫描电镜(SEM)、X光微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对回收产物进行了表面相貌及物相组成分析,证实了沉淀物的主要成分为MAP.以鸟粪石形式回收剩余污泥中的氮磷,是实现污泥资源化的一种有效手段.     

富磷污泥厌氧发酵过程中乙酸浓度对磷释放的影响

以强化生物除磷(EBPR)污泥为研究对象,考察了不同初始乙酸浓度条件下富磷污泥厌氧发酵过程中磷及相关指标的变化,并探讨释磷机制.结果表明:初始乙酸浓度对污泥最大释磷量影响不大,(73.1±2.2)%的污泥总磷量(TP)以磷酸盐的形式释放到液相中,其主要来自聚磷的分解.聚磷的分解途径包括:1)聚磷菌(PAOs)通过吸收乙酸贮存聚β-羟基烷酸酯(PHA)的厌氧生物释磷机制释放磷酸盐;2)PAOs的维持作用导致的聚磷直接分解过程.当初始乙酸浓度不充足时,生物释磷过程受限制,聚磷以相对较慢的速率直接分解;随着乙酸浓度的增大,生物释磷速率增快,同时随之增加的PHA含量能促进污泥的水解酸化.上清液中PO43--P和Mg2+浓度在达到最大值后出现了下降的现象,其可能形成鸟粪石等沉淀.根据试验数据,本文提出了从富磷污泥中回收磷的策略,即可在厌氧消化开始前向污泥中投加一定量碳源,并在发酵24h内分离上清液进行磷回收,这样不仅可以快速大量地从上清液中回收磷并减少沉淀引起的管道堵塞等问题,还可消除高浓度磷酸盐对厌氧消化的影响.     

废水中鸟粪石回收的机器学习预测和优化

基于机器学习的方法，探究了从模拟废水中以鸟粪石的形式回收氮和磷的问题。利用极限梯度提升算法(XGBoost)和随机森林(RF)模型对磷回收率和氮回收率进行单目标和多目标预测，明确了7种工艺条件对鸟粪石结晶的影响。XGBoost在单目标(R²=0.91～0.93)和多目标(R²=0.89)的预测方面表现均优于RF。此外，在P初始浓度为10 mg/L和1 000 mg/L的情况下，通过实验验证了多目标模型的优化解集，得到鸟粪石回收的最佳工艺条件为N∶P比值为1.2∶1,Mg∶P为1∶1,pH为9.5,反应时间为80 min,反应温度为25℃,搅拌速率为240 r/min。     

基于污泥减量的鸟粪石回收低浓度氮磷影响因素研究

针对三峡库区城市污水氮磷浓度较低的特点,结合城市污水处理旁路污泥减量技术研究,探索了利用鸟粪石结晶沉淀法回收城市污水中氮磷的可行性及影响因素。研究结果表明:低氮磷浓度时,鸟粪石结晶回收氮磷的规律与国内外已有的针对高浓度氮磷的研究规律不同,当污泥厌氧减量池中磷酸盐质量浓度为30～60 mg/L(约为1～2mmol/L)时,在pH值为10.0～10.5,c(Mg2+)∶c(NH 4+)∶c(PO34-)为1∶1.6∶1,反应时间为25 min,搅拌强度在200 r/min的条件下,通过鸟粪石沉淀反应磷去除率可达50%～75%,氮的去除率最高可达51%。