颗粒污泥强化除磷技术研究

发布时间：2020-07-19 21:53

【摘要】：磷素是引起水体富营养的主要限制因子之一,控制总磷排放有利于缓解和根除水体富营养化问题。同时,磷亦是需求旺盛的难再生资源,具有回收再利用价值。因此研发有效的治污蓄磷技术具有重大的现实意义。颗粒污泥作为剩余废物难以处置,但其具有一定的吸附性,形成堆体后还具有一定的拦截性,将其用于强化钙盐除磷技术,可兼顾除磷及磷回收,具有很好的开发价值。鉴于此,本文研究了颗粒污泥对磷酸根的吸附性能,并用颗粒污泥助力钙盐除磷,研发了颗粒污泥强化除磷技术,探索了反应条件的影响,并优化了该技术的操作参数,同时探索了颗粒污泥强化除磷产物的性状,主要结论如下:1)研究了颗粒污泥/钙盐的除磷性能,探明了反应时间、Ca/P、pH对颗粒污泥协同钙盐除磷的影响,并揭示了过程特性。颗粒污泥对磷酸根具有较强的吸附作用。pH = 7时,对磷酸根的饱和吸附量为4.77 mg·g-1,平衡时间约4d。颗粒污泥对磷的吸附性能不亚于颗粒活性碳,具有开发价值;作为厌氧反应器对低磷废水的除磷机制,其贡献也不容小视。Ca/P对颗粒污泥协同钙盐沉淀除磷性能有显著影响。在反应充分(反应168h)时,除磷率随Ca/P的增大而升高,但超过临界值时,投钙回报率下降,Ca/P以2左右为宜。离子积与溶度积之比是研判溶液能否产生沉淀的依据。由于化学计量系数(理论Ca/P)不同,提高同样的离子浓度可产生不同的离子积效应。按化学计量式,理论Ca/P为5:3,考虑到钙的沉淀反应效应强于磷,实际Ca/P宜稍高于理论Ca/P。pH对除磷性能也有显著影响。碱度(氢氧根)可降低颗粒污泥协同钙盐沉淀除磷产物的溶解度,并可提高颗粒污泥协同钙盐沉淀除磷产物的反应物浓度,碱性条件比酸性条件更有利于提高除磷率。但因颗粒污泥协同钙盐沉淀除磷产物的酸溶性不强,反应充分时,pH对除磷率的影响不显著。反应168 h,pH≥7.20时,除磷率高达98%左右,出水磷浓度为2mg·L-1;即使pH = 2.12,除磷率也达89.33±0.98%。pH以选取8～11为宜。颗粒污泥协同钙盐除磷反应符合二级反应动力学,钙离子浓度对反应速率影响较大。pH = 5和11时,除磷反应符合二级反应动力学;而pH = 2.1、7.2和10时,除磷反应符合一级反应动力学。颗粒污泥协同钙盐沉淀除磷产物可富集废水中的磷酸盐,但富集幅度不大,钙盐除磷产物未达到富磷矿标准。2)研发颗粒污泥强化除磷技术,试验HRT、Ca/P、pH对颗粒污泥强化除磷技术的影响,探明了适宜条件、运行性能和产物特性。运行了自主研发的限流可变除磷反应器,采用颗粒污泥强化钙盐除磷,研发了颗粒污泥强化钙盐除磷技术。该技术的除磷率为80～98%,容积去除率为2.0～3.7kg-P/(m3.d),颗粒污泥的更换周期每250～320h一次。颗粒污泥强化钙盐除磷技术优化条件:HRT = 0.5h,Ca/P = 2,pH = 11。在优化条件下,既保证了高除磷率,也维持了较长的稳定运行时间。各HRT工况下的除磷产物主要为羟基磷灰石,长HRT下易导致碳酸根进入羟基磷灰石晶格,降低羟基磷灰石纯度;各Ca/P工况下生成的除磷产物也主要为羟基磷灰石,同时含有十钙六磷酸氧化物;各pH工况下生成的除磷产物各异,pH = 2时基本无含磷产物,pH=7和11时主要为羟基磷灰石,pH=12时主要为碳酸根畸变的羟基磷灰石。3)优化颗粒污泥强化除磷技术,探明了优化前后颗粒污泥强化技术的除磷性能和磷回收性能。反应器构型、颗粒污泥投加量、气搅频率对颗粒污泥强化除磷性能具有较好的优化作用。双区(进水区和反应区)分割型反应器、半床、3次·d-1(即每隔8小时通气5min),可提高除磷率,延长稳定运行时间,缓减反应器堵滞现象。反应器构型、颗粒污泥投加量、气搅频率对颗粒污泥强化除磷产物的回收性能具有改善作用。双区分割型反应器所形成的除磷产物更纯,回收品质和价值更高;颗粒污泥投加量越少,除磷产物纯净度越高,含磷量越高;气搅频率为3次·d1(即每隔8小时通气5min)可提高除磷产物的结晶稳定性和含磷量。得到颗粒污泥强化除磷技术的优化参数:双区分割,Ca/P = 2,pH = 10,HRT =0.5h,csludge=400g·L-1,气搅频率3次·d-1,通气强度600mL·min-1,通气时长5min。4)观测颗粒污泥强化除磷产物的组成、形态和结构,探明了颗粒污泥强化除磷产物的富磷性能。污泥量、预干化、pH等条件显著影响颗粒污泥强化除磷产物的组成、形态、结构、磷回收性能。预干颗粒污泥表面不利于钙磷反应与结晶,原型颗粒污泥表面有利于钙磷反应与结晶。富磷预干颗粒污泥、上调磷溶液pH产生的富磷原型颗粒污泥、上调磷溶液和钙盐pH产生的富磷原型颗粒污泥、增加颗粒污泥投加量产生的富磷原型颗粒污泥分别形成立方体、枝桠丛、薄片和光滑薄片形结晶。富磷预干颗粒污泥的结晶度和磷含量均较低,上调磷溶液pH产生的富磷原型颗粒污泥、上调磷溶液和钙盐溶液pH产生的富磷原型颗粒污泥、增加颗粒污泥投加量产生的富磷原型颗粒污泥具有较高的结晶度和磷含量,并具有良好的磷回收性能。理论上富磷颗粒污泥表面的磷含量可达18.53 wt%,综合比较4种条件下得到的磷含量,溶液pH为10.5并且无颗粒污泥堆叠的操作条件有利于颗粒污泥强化除磷。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

工艺流程图,化学除磷,工艺流程图,除磷

ｅｔａｌ．，邋２０１４）利用自主研发的除磷反应器可将ＦｅＣｈ的除磷成本降至￥邋０．６３２？０．６７３邋ｋｇ－１邋Ｐ邋（不逡逑含酸碱调节剂费用）。如果以Ｃａ（ＯＨ）２作为除磷剂，估算成本约为逡逑化学除磷的关键是投加药剂的种类、用量和时机，工艺相对简单（如图１．１所示）。根逡逑据不同加药点的不同，化学除磷工艺分为：前置、协同和后置沉淀（杨拓，２０１３）。化学沉淀逡逑除磷速度快、效果好、操作简便，其局限在于需添加过量除磷药剂，花费较高成本，产生逡逑大量化学污泥，过量除磷剂对水体造成二次污染等。逡逑投药点（前置）逦投药点（协同）逦投药点（后置）逡逑剩余污泥逦回流污泥逦化学污泥逡逑图１．１化学除磷工艺流程图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｒｅｍｏｖａｌ逡逑１．２．２生物除磷技术逡逑生物法除磷具有成本低、可同步脱氮除磷等优点，但也存在稳定性较差、出水较难达逡逑标、占地面积大等缺陷，通常与化学沉淀法联用。逡逑４逡逑

回收过程,回收技术

和社会需求日益旺盛，从废水中回收磷势在必行（Ｍａｙｅｒｅｔａｌ．，２０１６），开发经济有效的废水逡逑磷回收技术尤为重要。在磷回收技术的支撑下，由人类活动造成的开放磷循环将再次成为逡逑闭合磷循环（如图１．３所示），磷资源匮乏状况也将随之缓解。逡逑１．４废水磷回收技术逡逑由于对磷资源循环利用的迫切需求，在废水除磷的同时考虑磷回收已成为开发废水除逡逑磷技术的新关注点。传统的化学沉淀除磷技术和生物除磷技术难以回收磷，吸附除磷技术逡逑可对吸附材料进行解吸回收磷，但脱附效率低导致回收效率不高，结晶除磷及磷回收技术逡逑因磷回收效率较高、产物具有再利用价值而受到青w^。常见的结晶除磷及磷回收技术有羟逡逑基磷灰石除磷及磷回收技术和鸟粪石结晶除磷及磷回收技术。逡逑１０逡逑

结晶反应器

Ｆｉｇ．邋１．４邋ＤＨＶ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑ＤＨＶ结晶反应器最初由荷兰人在２０世纪８０年代初开发，用于去除饮用水中的硬度，逡逑后被用于去除磷和重金属等。该反应器（见图１．４）基于流化床内石英砂晶种表面羟基磷逡逑灰石的结晶过程，添加适量石英砂，用氢氧化钠或者石灰调节ｐＨ至９？１０，使磷酸盐沉积逡逑１２逡逑

【参考文献】