厌氧发酵耦合硫酸盐还原强化污泥中多形态磷的同步释放

发布时间：2020-04-22 17:37

【摘要】：磷是生命体所必需的营养元素之一,也是一种难以再生的矿物资源。城市废物流中的磷元素会经集中式污水处理系统被富集至剩余污泥之中,因此,通过回收污泥中的磷,可以重构城市废物流系统的磷循环通道。污泥中的磷包含有机磷(OP)、聚磷(Poly-P)、无机磷(IP)等多种形态,其含量分布主要取决于污水处理过程中的除磷工艺。近年来,随着污水处理标准的提高,仅通过生物除磷难以实现污水的达标排放,因而铁混凝剂被广泛应用于污水处理系统,铁结合态磷(Fe-P)在污泥中也具有相当比重。但是,由于Fe-P溶解度极低,从污泥中回收难度很高,Fe-P的释放被认为是实现污泥体系磷回收的瓶颈问题。因此,本课题提出厌氧发酵耦合硫酸盐还原(AF-SR)体系,通过发酵过程实现聚磷(Poly-P)与有机酸的释放,同时利用硫酸盐还原过程生成更易与Fe~(2+)/Fe~(3+)结合的S~(2-),实现污泥中Fe-P的释放。通过外部投加硫酸盐构建剩余污泥AF-SR体系,分析对照组与实验组中磷的释放效率,探究AF-SR促进磷释放的可行性及该体系适宜的环境条件。同时,通过实际污水混凝过程,制备铁强化混凝污泥,并以此混凝污泥为底物,再次考察AF-SR体系中的磷释放效果,与实际剩余污泥AF-SR过程磷的释放速率进行对比,探究污水、污泥磷回收系统的潜在优化工艺流程。主要研究内容及结论如下:(1)通过向AF-SR体系投加硫酸盐,研究了不同S/Fe下剩余污泥中Poly-P与Fe-P的释放情况,以及P在固、液两相的迁移转化规律。结果表明未加入硫酸盐的原始剩余污泥中PO_4~(3-)-P难以被释放,而在S/Fe元素比为2.0的实验组,PO_4~(3-)-P在发酵前10天内释放完全,此时PO_4~(3-)-P浓度为238.9mg/L,占污泥总P含量的40.8%。(2)通过Visual MINTEQ 3.0模拟计算,分析了AF-SR体系中影响PO_4~(3-)-P释放率的因素及AF-SR体系的释磷机制。结果表明SO_4~(2-)-S的还原速率决定了PO_4~(3-)-P的释放速率,AF-SR体系的最佳释磷S~(2-)/Fe~(2+)比为1.0,最适pH在7.0-8.0范围内,若污泥体系中的磷主要以无机磷形态存在,AF-SR体系中60.9-61.9%的磷可被释放。(3)通过AF-SR体系混凝污泥序批式发酵实验,研究了前置铁强化污水混凝除磷工艺对整体磷回收效率的提升作用。结果表明,混凝污泥中的磷在3-5天内可以释放完全,上清液中磷的浓度可达272.6 mg/L,占总磷含量的58.9%,相比与剩余污泥体系,混凝污泥发酵速率与磷释放率都有显著的提高,验证了前置铁强化污水混凝除磷工艺对整体磷回收效率的提升作用。(4)通过比较经不同方式处理后污泥中磷的释放效率,结合药剂投初步成本分析,探究分别以剩余污泥和混凝污泥为底物时,AF-SR体系的经济性及应用潜能。结果表明依赖于硫酸盐投加的AF-SR体系药剂成本较低,易于操作。同时,本研究提出了基于AF-SR体系的污水、污泥处理处置工艺流程概念,以实现P、N的高效回收利用及Fe、S、C三种元素的循环使用。
【图文】：

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上海大学硕士学位论文构建厌氧发酵耦合硫酸盐还原（AF-SR）体系实现剩余污泥中多形态磷的同步释放剩余污泥厌氧发酵释磷效果污泥中磷的释放潜力SIP、SO42-、IP、OP、TP Visual MINTEQ 模拟计算基于 AF-SR 体系强化混凝沉淀实现污泥中铁结合态磷的高效释放铁盐强化污水除磷制备混凝污泥探究 AF-SR 体系的应用潜能

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图 2-1 剩余污泥厌氧发酵批次实验示意图-1 Schematic diagram of waste activated sludge anaerobic fermentation experimen混凝污泥发酵实验方法混凝污泥的制备实验所用混凝污泥来自上海市石洞口污水处理厂，通过现场混凝实在污水处理厂进水口搭建混凝装置（500L），经筛网过滤去除进水砾、木质纤维、塑料颗粒等杂质后，向 500 L 混凝装置中加入 0.5液（30 g/L-Fe），即污水中铁混凝剂投加量为 30 mg/L-Fe，先快速180 rpm），再慢速搅拌 15 min（30 rpm），，静置 2 h 后从装置下层排泥。铁强化混凝污泥呈黑色。运回后静置 24 小时，弃去上清液，
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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