国际上主要污水磷回收技术的应用进展及与之相关的政策措施

欧洲、日本等国家和地区率先开启从污水及固体废弃物中回收磷的技术研发与工程应用,在政策/法律等层面也相继出台或修订了一系列有利于磷回收产品顺利进入市场的法规/条例。从磷的源分离、浓缩液沉淀、污泥分离以及污泥焚烧灰分提取几类技术,梳理分析了全球已研发并应用的污水处理磷回收技术的主要案例,并对比了各类技术的适用条件。分析了磷回收产品进入市场并获得竞争力的软性障碍,并从政策、法律及税收、补贴等层面介绍了个别国家和地区所采取的具体管理措施,以期为污水磷回收技术的应用与推广提供参考。     

磷回收产物对土壤中铜的原位修复作用

以鸟粪石形式回收废水中磷酸盐并将其应用于土壤中铜的钝化,通过测定土壤中pH、铜有效态含量和各形态铜含量等以考察磷回收产物（PRP材料）对土壤重金属铜的钝化修复能力,并用SEM/EDS和XRD等表征手段来揭示其修复机理。实验结果表明,PRP材料的主要成分为负载有鸟粪石的人造沸石;在15% PRP材料的投加比例下,土壤的pH增加了0.47个单位,土壤中铜有效态含量减少了50.4%,可交换态含量降低了49.4%,残渣态增加至2.1倍,一定程度上降低了铜在土壤中的生物活性;PRP材料对土壤中重金属Cu的钝化机制主要为吸附和沉淀的协同作用。     

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。     

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。     

工艺条件对鸟粪石法回收磷耗碱量的影响及其理论计算

通过分析磷回收过程中存在的各种耗碱因素,推导出耗碱量的理论计算公式,计算出了不同工艺条件下的理论耗碱量,并与小型连续搅拌反应-沉淀磷回收过程的实验实测值进行比较。结果表明,耗碱量的理论计算值与实验测定值的平均相对误差为13.20%,说明计算方法可用于耗碱量的工程估算;耗碱量随出水pH值的增大而急剧增加,随废水中氨氮含量和磷初始浓度的增加都近似于线性增加,但随镁磷比的增加基本不变。因此,从节约废水处理成本的角度看,磷回收过程中pH值应控制在9.2-9.3,氮磷比控制在3.0-5.0,镁磷比控制在1.1-1.2为佳。磷回收过程的药剂消耗量与废水中磷的浓度和工艺条件有关,以磷初始浓度为124 mg/L,N/Mg/P=5∶1.2∶1,出水pH值为9.20的回收过程为例,处理毎吨废水需消耗片碱0.5313 kg,成本约为1.328元,需消耗氯化镁（含六个结晶水）0.9758 kg,成本约为0.634元。因此,处理每吨废水的药剂成本约为1.962元,其中耗碱约占67.7%。     

剩余污泥水解酸化液磷去除的影响因素研究

城市污水厂剩余污泥水解酸化后可产生高浓度挥发性有机酸(VFAs),其中的乙酸和丙酸是增强生物除磷(EBPR)工艺的有利基质.但水解酸化液中含有大量的磷,如不进行处理就作为碳源回用到污水处理工艺中,势必增加除磷负荷.利用鸟粪石沉淀法可以去除污水中的磷.对城市污水厂剩余污泥水解酸化液形成鸟粪石的影响因素进行了试验研究.结果表明,在最佳工艺条件下,正磷和总磷的去除率分别可达92.5%和83.8%.     

磁性污泥基生物炭的制备及其对水溶液中氮磷的同步回收

以城市污泥为原料与MgCl₂和FeSO₄复合,并热解碳化合成磁性污泥基生物炭(MF-SBC),用于水中氮磷的同步回收研究,分别考察了MF-SBC投加量、初始pH、接触时间和共存离子对氮磷回收性能的影响,同时通过SEM、XRD、BET、XPS和FTIR表征了MF-SBC的组成、形貌和官能团等,并对反应过程进行了动力学拟合。结果表明,当MF-SBC投加量为0.3 g·L⁻¹、溶液初始pH为7、反应时间为720 min时,MF-SBC对水溶液中氨氮和磷酸盐的回收效果最佳,吸附量分别为103.12 mg·g⁻¹和205.07 mg·g⁻¹,并且MF-SBC对水中氨氮和磷酸盐的回收过程均符合准二级动力学模型。Ca²⁺、Na⁺、SO₄²对MF-SBC回收磷酸盐几乎没有影响,Ca²⁺和SO₄^2-对氨氮的回收有抑制作用。MF-SBC对氮磷的回收机制包括表面吸附、离子交换和鸟粪石沉淀,其中以鸟粪石沉淀为主。     

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.     

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。     

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Ca2+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Ca2+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。     

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...     

离子交换法选择性回收污泥厌氧消化液中的磷

为探讨高效选择性回收污泥厌氧消化液中磷的离子交换方法,采用静态实验和动态实验研究了4种阴离子交换树脂（D213、D202、D301和DSQ）的磷回收性能,筛选了适合富磷污泥厌氧消化液选择性磷回收的高交换容量树脂。实验结果表明,D213、D202、D301和DSQ 4种树脂对正磷浓度为70 mg/L的厌氧消化液进行动态处理时,其最大穿透体积分别为3、7、17和90 BV;DSQ树脂磷交换容量远高于其他3种树脂,达到6 860 mg P/L湿树脂,是目前报道的高磷交换容量树脂的3~4倍;DSQ树脂能有效地抵抗厌氧消化液中有机质和硫酸根等阴离子的干扰;用NaOH溶液再生DSQ树脂并回收磷,磷洗脱率超过96%,洗脱液是高浓度含磷液,可作为磷矿石的优质替代品。研究表明,DSQ树脂是一种高效选择性分离磷的树脂,适用于污泥厌氧消化液的磷回收。     

富磷污泥厌氧消化磷释放与回收的研究进展

生物强化除磷(EBPR)工艺会产生大量的富磷污泥。富磷污泥中的聚磷菌(PAOs)在厌氧消化过程中吸收外界碳源并释放大量正磷,高浓度的磷会对厌氧消化系统中厌氧微生物的代谢产生影响,使得消化过程更加复杂。富磷污泥厌氧消化过程会产生磷、氮、有机物和金属离子等物质,其中磷的回收利用可以减少磷矿资源的开采,从而实现磷资源的可持续循环利用。因此,研究富磷污泥厌氧消化过程中磷的变化规律,既为厌氧消化系统的稳定运行提供理论依据,又为磷的资源化回收利用提供参考。对富磷污泥厌氧消化释磷的相关研究成果以及磷回收进行分析和总结,并提出了相应的研究方向。     

污泥厌氧消化液中碳酸盐对回收磷的影响

为探讨污泥厌氧消化液中碳酸盐对以磷酸钙盐形式回收磷的影响,以粉煤灰浸出液为钙源,考察了消化液中的碳酸盐对磷回收过程和磷回收产物性质的影响。实验结果表明,在反应pH为10、反应钙磷摩尔比为1.67、反应时间为10 m in的条件下,消化液碳酸盐浓度为2 400 mg/L(以CaCO3计)时,磷的回收率为78.53%,回收产物中磷含量(以P2O5计)为28.93%;对消化液进行盐酸预酸化使pH达到4及以下时,磷回收率接近100%,回收产物中磷含量(以P2O5计)达到43.08%。消化液中碳酸盐的存在易形成碳酸钙沉淀,从而降低了磷回收率、回收产物中磷含量以及回收产品的纯度;预酸化能够有效地去除消化液中的碳酸盐并降低了其对磷回收的不利影响。     

气水比对污泥水中以鸟粪石形式回收氮磷的影响

污泥水富含氮磷,其回流经常造成污水处理厂出水水质的不稳定。以模拟污泥水为对象,采用套筒式流化床结晶装置,通过曝气吹脱CO2提高pH值并添加镁盐的方式以促进污泥水中鸟粪石的结晶,研究气水比对模拟污泥水中氮磷的去除效果以及对晶体产物的产量、分布、形态、粒径和成分的影响。结果表明,随着气水比的增加,污泥水的出水碱度降低、pH值升高、PO43--P和氨氮的去除率均增加,当气水比为15:1、30:1、60:1时,PO43--P的平均去除率分别为73%、82%和87%,氨氮的去除率均在17%~23%之间。同时,气水比影响晶体产物的产量、粒径和分布,但对晶体形态和组成的影响较小。同一气水比条件下,反应器底部和内壁晶体的形态存在明显差异,其中底部晶体大多纤细碎小,内壁晶体则均呈硕大的楔形,但X衍射谱图分析表明,以上二者的主成分均为鸟粪石。     

以缓释肥形式回收污泥溶解液中PO3-4-p的研究

以溶胞—微型动物捕食法进行剩余污泥减量化处理后的富P污泥上清液为研究对象,考察了pH、Mg/P摩尔比(简称Mg/P)、N/P摩尔比(简称N/P)及反应时间等因素对以缓释肥(鸟粪石(MAP))形式回收PO3-4 -P的影响;并以青菜作为供试作物,通过盆栽实验探讨在最优化条件下生成的缓释肥的肥效,并将其与普通化肥的肥效进行...     

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。     

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。     

中试鸟粪石流化床反应器回收污泥强化厌氧释磷上清液中的磷及产品分析

为了探究鸟粪石结晶成粒技术在实际工程中的应用效果及回收的鸟粪石产品作为缓释肥的可能性,利用大规模中试鸟粪石流化床反应器(25 mr3·d-1)处理天津市某污泥厂污泥强化厌氧释磷上清液,探究不同培养时间下鸟粪石结晶成粒情况并系统分析收获的鸟粪石颗粒品质.结果表明,在反应周期内,磷回收率达到95％,鸟粪石颗粒平均粒径随反应...     

污泥消化液的磷浓度对anammox-HAP系统磷回收的影响

厌氧氨氧化-羟基磷酸钙(anammox-hydroxyapatite, anammox-HAP)技术可实现污泥厌氧消化液高效自养脱氮同步磷回收。污泥厌氧消化液中磷的浓度与污泥性质、厌氧消化过程相关,变化范围很大。为探索anammox-HAP系统中的磷回收效率,通过基于anammox-HAP长期运行的膨胀颗粒污泥床反应器,考察了不同进水磷浓度、pH和钙磷质量比（Ca/P）对磷回收效率及污泥特性的影响。结果表明：进水磷浓度在40~250 mg·L⁻¹时,膨胀颗粒污泥床反应器脱氮性能稳定,总氮去除率可达88.5%;磷回收效率与进水磷浓度、反应器内pH及进水Ca/P密切相关,磷回收效率最高为89.7%;高磷浓度下形成的颗粒污泥,有望实现高效的磷资源利用。本研究可为利用anammox-HAP系统实现磷回收提供参考。