低磷浓度下鸟粪石结晶成粒及反应器流态模拟

为扩大鸟粪石(MAP)结晶成粒技术的应用范围,对低磷浓度下MAP成粒最优条件进行了研究.试验得出该技术应用的磷浓度应大于50mg/L,并在此基础上研究得到低磷浓度条件下MAP结晶成粒的最佳条件:pH 9.0,磷氮物质的量比1:8.此时生成的MAP平均粒径为0.56mm,总体积生长率为4.95cm³/h,纯度可达99.9%.为进一步优化流化床反应器中MAP成粒条件,利用CFD商用软件(Fluent 6.3)对反应器流态进行了模拟.结果表明:MAP流化床反应器的生长区能够形成明显的自下而上的水力分级,截面流速也较为均匀,有利于颗粒的生成,但沉淀区和进水区存在死区、涡流等不利条件.因此,有必要改进生长区和沉淀区的连接方式以及进水管的分布,以获得更为优质的MAP颗粒.     

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.     

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.     

EDTA对剩余污泥磷释放及MAP法磷回收影响

探究乙二胺四乙酸（EDTA）的添加对剩余污泥厌氧过程中磷释放及后续鸟粪石（MAP）法磷回收的影响.根据EDTA添加量对污泥上清液中总磷（TP）、蛋白质、多糖、DNA和SCOD的影响确定了最优释磷条件,采用响应曲面法（RSM）构建MAP磷回收的二次多项式模型并验证了模型的有效性.结果表明：EDTA添加量为5mmol/L,厌氧5d时预处理效果最佳.污泥SCOD破解度（DD）和TP、DNA、蛋白质及多糖均有显著相关,其中TP相关性最强,皮尔逊相关系数为0.866.MAP磷回收的最佳工艺参数是：pH=9.5,n（Mg）：n（P）=1.6,搅拌时间22min,此时磷回收率可达95.68%,形成晶体的主要成分为磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O）,纯度为79.19%.     

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。     

MAP沉淀法目标产物最优形成条件及分析方法

为了确定鸟粪石(MAP：MgNH₄PO₄·6H₂O)形成的最优条件,引入化学剖析法,利用酸溶液将鸟粪石沉淀法中所得沉淀物溶解后进行相应的元素分析;提出一种根据沉淀物中的NH⁺₄-N含量间接计算确定鸟粪石含量(即纯度)的分析方法.根据这种计算分析方法,分别得出了不同pH条件下以自来水(主要为地下水)和超纯水作为溶剂所合成的鸟粪石纯度,并对pH和Ca²⁺在鸟粪石形成过程中的影响进行了评估.结果表明,该计算分析方法能够有效实现对MAP沉淀法目标产物的定量分析,弥补了国内外目前普遍依靠XRD技术定性判断所得沉淀物中鸟粪石是否存在的缺陷.以超纯水作为溶剂时,使鸟粪石纯度>90%的最佳pH范围在7.5～9.0,而以自来水为溶剂时,获得相同鸟粪石纯度最佳pH范围则是7.0～7.5.实际污水中常常含有相当数量的Ca²⁺,实施碱性条件(pH>8.0)的MAP沉淀势必大幅降低鸟粪石的纯度.因此,对实际污水回收磷而言,MAP沉淀法的最优pH条件应控制在中性范围(<8.0)以内.     

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.     

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%。     

基于AHP-PROMETHEE Ⅱ法的鸟粪石磷回收污泥预处理方案决策

磷是一种不可再生资源,采用鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中磷已有工程应用.但目前用于释放剩余污泥中碳氮磷便于后续回收的方案很多,不同方案对后续鸟粪石磷回收的影响不同.为了有助于剩余污泥磷回收工艺的决策,本研究以鸟粪石磷回收为目标,选取6种常见的剩余污泥处理方案,构建3层6指标的决策层次分析结构,运用PROMETHEEⅡ偏好关系排序方法,对6种污泥处理方案进行整体评价,从产品品质优先和时间经济优先两个角度出发,选择综合效益最高的方案.在产品品质优先条件下,酶水解以及酶-厌氧处理工艺最优;在时间经济优先条件下,热水解以及热-厌氧处理工艺最优.本研究为通过鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中的磷,提供了方案参考以及有效的方案选择办法.     

海藻酸钠对鸟粪石结晶的影响及机理研究

鸟粪石结晶沉淀法回收剩余污泥中磷工艺具有良好应用前景,然而污泥中的一些有机物,特别是胞外聚合物(EPS)将对鸟粪石结晶产生一定的影响.海藻酸钠(SA)在物化性质上接近于EPS,为较深入地探究此影响机理,以SA作为EPS的代用化合物采用恒组分、恒p H实验来考察EPS对鸟粪石结晶的影响,并借助红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析来探讨SA与鸟粪石晶体之间的作用机理.结果表明,在SA浓度0~250mg/L范围内,随其浓度的增大鸟粪石结晶生长速率降低,鸟粪石晶体的尺寸有所减小,其原因是海藻酸阴离子吸附并掩蔽鸟粪石表面生长活性点上阻碍晶体生长.这种吸附作用是由鸟粪石表面Mg2+、磷酸羟基团(POH)分别与SA中COOH、C=O、COC键合共同引起的,而鸟粪石表面的NH_4~+并未参与反应.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

同时回收氮磷提高碱性发酵污泥脱水性能的机制研究

同时回收氮磷可以显著提高碱性发酵污泥的脱水性能,但是目前对其机制尚不清楚.通过批式试验,研究了ζ电位、二价离子、胞外聚合物、溶解性聚合物以及鸟粪石对碱性发酵污泥脱水性能的影响.结果表明,在最佳回收条件下(pH=10.0,n(P)/n(N)=1.3 mol.mol-1,n(Mg)/n(N)=1.9 mol.mol-1),镁离子不仅能使|ζ|电位减小到14 mV以下,而且使一价阳离子与二价阳离子比例降低到9 mol.mol-1以下;同时回收氮磷可以显著降低溶解性多聚物和胞外聚合物的含量,尤其是溶解性蛋白质和松散型胞外聚合物的含量;这些变化都促进了碱性发酵污泥的脱水.此外,鸟粪石的形成也有助于提高脱水效果.     

pH对鸟粪石吸附海藻酸的影响及机制

鸟粪石结晶沉淀法回收剩余污泥中磷工艺具有良好的应用前景,但污泥中有机物,特别是大量的胞外聚合物(EPS),易吸附到鸟粪石表面对其结晶过程产生一定的影响,而pH是影响其吸附性能的关键因素.由于海藻酸化学性质与EPS相似,以海藻酸作为EPS替代物,在弱碱性条件(7.5≤pH≤11)下开展鸟粪石吸附海藻酸实验.利用自动电位滴定仪对鸟粪石进行表面酸碱滴定,借助恒电容模型计算其表面酸碱平衡常数;同时采用三层模型对吸附数据进行模拟计算,探讨pH影响鸟粪石吸附海藻酸的机制.结果表明,鸟粪石表面吸、脱附质子常数分别为7.6和-10.6,表面位密度为12个·nm~(-2);在离子强度为0.1 mol·L~(-1)NaCl条件下pH的增大抑制鸟粪石对海藻酸的吸附;鸟粪石对海藻酸吸附机理主要通过外层络合及内层络合协同作用,其中外层络合作用始终占主导优势.     

磷酸铵镁结晶法用于污水处理流程中磷元素回收进展

为解决污水处理和磷资源消耗的问题,着眼于污水处理流程中磷元素的回收,简要探讨了磷酸镁铵(MAP)结晶法用以磷元素回收的原理,重点介绍了影响MAP结晶的主要因素,综述了MAP结晶法进行磷回收的途径以及基于MAP磷回收技术的实际工程研究现状。此外,还讨论了MAP回收作为可持续农业肥料应用于包括盆栽和田间试验等的实际经验和发展前景。以期为鸟粪石法回收污水中磷元素的工程项目的实施开展和未来推广提供理论依据和创新思路,并为我国废弃物资源化应用提供参考。     

鸟粪石结晶法回收猪粪废水厌氧膜出水中磷的研究

采用厌氧膜生物反应器(AnMBR)处理猪粪废水时,发现消化液膜出水可发生自结晶沉淀反应,生成类似鸟粪石的含氮磷沉淀。试验通过控制初始pH使猪粪废水厌氧膜出水发生自结晶沉淀反应,考察了初始pH(8、9、10)对沉淀物组分及形态的影响。结果表明:初始pH为8、9、10时,磷去除率分别为30.8%、67.6%及87.7%;p H从8提高到9时,沉淀物中鸟粪石晶体的粒径变大且形态更完整;而pH为10时,颗粒较小且含钙沉淀较多;进一步分析各条件下沉淀物的晶体组分可知,初始pH为8、9时,沉淀物中晶体的主要成分为鸟粪石,而初始pH为10时,沉淀物中存在大量的含钙沉淀。因此,在该试验条件下,采用鸟粪石结晶法从该猪粪废水厌氧膜出水中回收磷的最佳初始pH为9。     

鸟粪石结晶法回收氨氮影响因素的研究

为了预处理化工厂的高氨氮废水,采用向废水中投加Na2HPO.412H2O和MgCl.26H2O生成磷酸铵镁(鸟粪石)的方法,以去除其中的高浓度氨氮同时获得缓释肥鸟粪石。试验以模拟氨氮废水为研究对象,研究了鸟粪石结晶法回收氨氮的影响因素:反应时间、氨氮初始浓度、pH值、磷酸盐与镁盐投加量对高氨氮废水的去除效果,然后进行不同影响因素的试验,确定了氨氮去除的最佳工艺条件。研究结果表明,鸟粪石结晶法回收氨氮的最佳工艺条件为:反应时间10 min,pH值为9,NH4-N:PO4-P:Mg摩尔比为1:1.05:1.15,NH4-N、PO4-P与Mg的去除率分别为91.52%、99.58%与90.52%;残余浓度分别为90.87、4.96与174.1 mg/L,加入的磷几乎全部回收,无二次污染。预处理的废水进入污水处理厂进一步深度处理。     

改性海绵铁深度除磷及其再生磷回收方法

为了从污染水体中去除磷并有效回收磷资源,本文研究了海绵铁改性前后吸附除磷特性,并构建海绵铁除磷渗滤床,考察了其连续流除磷特性及再生活化方法,并探究再生废液中磷回收生成鸟粪石的工艺条件.结果表明:硫酸改性后的海绵铁对磷的最大理论吸附容量从改性前4.17 mg·g~(-1)提升至18.18 mg·g~(-1).吸附饱和的改性海绵铁,采用1 mol·L~(-1)氢氧化钠解吸和6%硫酸再活化后,能够达到98%的活化率.海绵铁除磷渗滤床在长达约200 d的连续流运行实验中表现出良好的除磷能力,在进水TP=10 mg·L~(-1),HRT=1 h条件下,磷综合去除率达30%～89%,累积单位容积磷吸附量达到6.95 kg·m~(-3).海绵铁碱再生后的废液可以用于回收鸟粪石,其最佳生成条件为:pH=10,n(Mg~(2+))∶n(PO_4~(3-))∶n(NH~+_4)=1.3∶1∶1.1.在最优条件下,磷回收率可以达到97.8%.本研究提供的方法对于污染水体中磷营养元素的去除及回收利用具有理论与实践意义.     

污水处理中鸟粪石法磷回收技术研究进展

针对水体富营养化和磷资源短缺的困境,从污水中利用鸟粪石法回收磷成为一个重要的选项。围绕高效低耗的鸟粪石回收目标,本文梳理了鸟粪石法磷回收思路、技术特征、不同类型反应器的发展,为新型鸟粪石磷回收技术的开发提供了支撑。     

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。     

水力停留时间和搅拌速率对搅拌反应器回收尿液中磷的研究

鸟粪石沉淀法可以在搅拌反应器中回收尿液中的磷,而水力停留时间和搅拌速率对鸟粪石晶体的形成有重要影响.因此,本文在搅拌反应器中通过分批实验研究了水力停留时间(0.5、1.0和2.0 h)和搅拌速率(80、160和320 r·min-1)对尿液中磷的回收率和鸟粪石晶体粒径的影响.结果表明,水力停留时间从0.5 h增至2 h时,磷回收率从88.9%增至95.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从124.4μm下降为71.2μm.随搅拌速率从80 r·min-1增至320 r·min-1,磷回收率从88.7%增至93.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从37.0μm增至78.9μm.较短的水力停留时间和较高的搅拌速率更有利于大粒径的鸟粪石晶体形成,但对磷回收率影响有限.搅拌速率为160 r·min-1时,鸟粪石回收率最高为78.7%,可以得到纯度很高的鸟粪石晶体,而较高和较低的搅拌速率都不利于提高鸟粪石回收率.