【摘要】：磷素是引起水體富營養(yǎng)的主要限制因子之一,控制總磷排放有利于緩解和根除水體富營養(yǎng)化問題。同時(shí),磷亦是需求旺盛的難再生資源,具有回收再利用價(jià)值。因此研發(fā)有效的治污蓄磷技術(shù)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。顆粒污泥作為剩余廢物難以處置,但其具有一定的吸附性,形成堆體后還具有一定的攔截性,將其用于強(qiáng)化鈣鹽除磷技術(shù),可兼顧除磷及磷回收,具有很好的開發(fā)價(jià)值。鑒于此,本文研究了顆粒污泥對(duì)磷酸根的吸附性能,并用顆粒污泥助力鈣鹽除磷,研發(fā)了顆粒污泥強(qiáng)化除磷技術(shù),探索了反應(yīng)條件的影響,并優(yōu)化了該技術(shù)的操作參數(shù),同時(shí)探索了顆粒污泥強(qiáng)化除磷產(chǎn)物的性狀,主要結(jié)論如下:1)研究了顆粒污泥/鈣鹽的除磷性能,探明了反應(yīng)時(shí)間、Ca/P、pH對(duì)顆粒污泥協(xié)同鈣鹽除磷的影響,并揭示了過程特性。顆粒污泥對(duì)磷酸根具有較強(qiáng)的吸附作用。pH = 7時(shí),對(duì)磷酸根的飽和吸附量為4.77 mg·g-1,平衡時(shí)間約4d。顆粒污泥對(duì)磷的吸附性能不亞于顆粒活性碳,具有開發(fā)價(jià)值;作為厭氧反應(yīng)器對(duì)低磷廢水的除磷機(jī)制,其貢獻(xiàn)也不容小視。Ca/P對(duì)顆粒污泥協(xié)同鈣鹽沉淀除磷性能有顯著影響。在反應(yīng)充分(反應(yīng)168h)時(shí),除磷率隨Ca/P的增大而升高,但超過臨界值時(shí),投鈣回報(bào)率下降,Ca/P以2左右為宜。離子積與溶度積之比是研判溶液能否產(chǎn)生沉淀的依據(jù)。由于化學(xué)計(jì)量系數(shù)(理論Ca/P)不同,提高同樣的離子濃度可產(chǎn)生不同的離子積效應(yīng)。按化學(xué)計(jì)量式,理論Ca/P為5:3,考慮到鈣的沉淀反應(yīng)效應(yīng)強(qiáng)于磷,實(shí)際Ca/P宜稍高于理論Ca/P。pH對(duì)除磷性能也有顯著影響。堿度(氫氧根)可降低顆粒污泥協(xié)同鈣鹽沉淀除磷產(chǎn)物的溶解度,并可提高顆粒污泥協(xié)同鈣鹽沉淀除磷產(chǎn)物的反應(yīng)物濃度,堿性條件比酸性條件更有利于提高除磷率。但因顆粒污泥協(xié)同鈣鹽沉淀除磷產(chǎn)物的酸溶性不強(qiáng),反應(yīng)充分時(shí),pH對(duì)除磷率的影響不顯著。反應(yīng)168 h,pH≥7.20時(shí),除磷率高達(dá)98%左右,出水磷濃度為2mg·L-1;即使pH = 2.12,除磷率也達(dá)89.33±0.98%。pH以選取8～11為宜。顆粒污泥協(xié)同鈣鹽除磷反應(yīng)符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué),鈣離子濃度對(duì)反應(yīng)速率影響較大。pH = 5和11時(shí),除磷反應(yīng)符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué);而pH = 2.1、7.2和10時(shí),除磷反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。顆粒污泥協(xié)同鈣鹽沉淀除磷產(chǎn)物可富集廢水中的磷酸鹽,但富集幅度不大,鈣鹽除磷產(chǎn)物未達(dá)到富磷礦標(biāo)準(zhǔn)。2)研發(fā)顆粒污泥強(qiáng)化除磷技術(shù),試驗(yàn)HRT、Ca/P、pH對(duì)顆粒污泥強(qiáng)化除磷技術(shù)的影響,探明了適宜條件、運(yùn)行性能和產(chǎn)物特性。運(yùn)行了自主研發(fā)的限流可變除磷反應(yīng)器,采用顆粒污泥強(qiáng)化鈣鹽除磷,研發(fā)了顆粒污泥強(qiáng)化鈣鹽除磷技術(shù)。該技術(shù)的除磷率為80～98%,容積去除率為2.0～3.7kg-P/(m3.d),顆粒污泥的更換周期每250～320h一次。顆粒污泥強(qiáng)化鈣鹽除磷技術(shù)優(yōu)化條件:HRT = 0.5h,Ca/P = 2,pH = 11。在優(yōu)化條件下,既保證了高除磷率,也維持了較長的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間。各HRT工況下的除磷產(chǎn)物主要為羥基磷灰石,長HRT下易導(dǎo)致碳酸根進(jìn)入羥基磷灰石晶格,降低羥基磷灰石純度;各Ca/P工況下生成的除磷產(chǎn)物也主要為羥基磷灰石,同時(shí)含有十鈣六磷酸氧化物;各pH工況下生成的除磷產(chǎn)物各異,pH = 2時(shí)基本無含磷產(chǎn)物,pH=7和11時(shí)主要為羥基磷灰石,pH=12時(shí)主要為碳酸根畸變的羥基磷灰石。3)優(yōu)化顆粒污泥強(qiáng)化除磷技術(shù),探明了優(yōu)化前后顆粒污泥強(qiáng)化技術(shù)的除磷性能和磷回收性能。反應(yīng)器構(gòu)型、顆粒污泥投加量、氣攪頻率對(duì)顆粒污泥強(qiáng)化除磷性能具有較好的優(yōu)化作用。雙區(qū)(進(jìn)水區(qū)和反應(yīng)區(qū))分割型反應(yīng)器、半床、3次·d-1(即每隔8小時(shí)通氣5min),可提高除磷率,延長穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間,緩減反應(yīng)器堵滯現(xiàn)象。反應(yīng)器構(gòu)型、顆粒污泥投加量、氣攪頻率對(duì)顆粒污泥強(qiáng)化除磷產(chǎn)物的回收性能具有改善作用。雙區(qū)分割型反應(yīng)器所形成的除磷產(chǎn)物更純,回收品質(zhì)和價(jià)值更高;顆粒污泥投加量越少,除磷產(chǎn)物純凈度越高,含磷量越高;氣攪頻率為3次·d1(即每隔8小時(shí)通氣5min)可提高除磷產(chǎn)物的結(jié)晶穩(wěn)定性和含磷量。得到顆粒污泥強(qiáng)化除磷技術(shù)的優(yōu)化參數(shù):雙區(qū)分割,Ca/P = 2,pH = 10,HRT =0.5h,csludge=400g·L-1,氣攪頻率3次·d-1,通氣強(qiáng)度600mL·min-1,通氣時(shí)長5min。4)觀測顆粒污泥強(qiáng)化除磷產(chǎn)物的組成、形態(tài)和結(jié)構(gòu),探明了顆粒污泥強(qiáng)化除磷產(chǎn)物的富磷性能。污泥量、預(yù)干化、pH等條件顯著影響顆粒污泥強(qiáng)化除磷產(chǎn)物的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、磷回收性能。預(yù)干顆粒污泥表面不利于鈣磷反應(yīng)與結(jié)晶,原型顆粒污泥表面有利于鈣磷反應(yīng)與結(jié)晶。富磷預(yù)干顆粒污泥、上調(diào)磷溶液pH產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥、上調(diào)磷溶液和鈣鹽pH產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥、增加顆粒污泥投加量產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥分別形成立方體、枝椏叢、薄片和光滑薄片形結(jié)晶。富磷預(yù)干顆粒污泥的結(jié)晶度和磷含量均較低,上調(diào)磷溶液pH產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥、上調(diào)磷溶液和鈣鹽溶液pH產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥、增加顆粒污泥投加量產(chǎn)生的富磷原型顆粒污泥具有較高的結(jié)晶度和磷含量,并具有良好的磷回收性能。理論上富磷顆粒污泥表面的磷含量可達(dá)18.53 wt%,綜合比較4種條件下得到的磷含量,溶液pH為10.5并且無顆粒污泥堆疊的操作條件有利于顆粒污泥強(qiáng)化除磷。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

ｅｔａｌ．，邋２０１４）利用自主研發(fā)的除磷反應(yīng)器可將ＦｅＣｈ的除磷成本降至￥邋０．６３２？０．６７３邋ｋｇ－１邋Ｐ邋（不逡逑含酸堿調(diào)節(jié)劑費(fèi)用）。如果以Ｃａ（ＯＨ）２作為除磷劑，估算成本約為逡逑化學(xué)除磷的關(guān)鍵是投加藥劑的種類、用量和時(shí)機(jī)，工藝相對(duì)簡單（如圖１．１所示）。根逡逑據(jù)不同加藥點(diǎn)的不同，化學(xué)除磷工藝分為：前置、協(xié)同和后置沉淀（楊拓，２０１３）�；瘜W(xué)沉淀逡逑除磷速度快、效果好、操作簡便，其局限在于需添加過量除磷藥劑，花費(fèi)較高成本，產(chǎn)生逡逑大量化學(xué)污泥，過量除磷劑對(duì)水體造成二次污染等。逡逑投藥點(diǎn)（前置）邐投藥點(diǎn)（協(xié)同）邐投藥點(diǎn)（后置）逡逑剩余污泥邐回流污泥邐化學(xué)污泥逡逑圖１．１化學(xué)除磷工藝流程圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｒｅｍｏｖａｌ逡逑１．２．２生物除磷技術(shù)逡逑生物法除磷具有成本低、可同步脫氮除磷等優(yōu)點(diǎn)，但也存在穩(wěn)定性較差、出水較難達(dá)逡逑標(biāo)、占地面積大等缺陷，通常與化學(xué)沉淀法聯(lián)用。逡逑４逡逑

和社會(huì)需求日益旺盛，從廢水中回收磷勢(shì)在必行（Ｍａｙｅｒｅｔａｌ．，２０１６），開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的廢水逡逑磷回收技術(shù)尤為重要。在磷回收技術(shù)的支撐下，由人類活動(dòng)造成的開放磷循環(huán)將再次成為逡逑閉合磷循環(huán)（如圖１．３所示），磷資源匱乏狀況也將隨之緩解。逡逑１．４廢水磷回收技術(shù)逡逑由于對(duì)磷資源循環(huán)利用的迫切需求，在廢水除磷的同時(shí)考慮磷回收已成為開發(fā)廢水除逡逑磷技術(shù)的新關(guān)注點(diǎn)。傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀除磷技術(shù)和生物除磷技術(shù)難以回收磷，吸附除磷技術(shù)逡逑可對(duì)吸附材料進(jìn)行解吸回收磷，但脫附效率低導(dǎo)致回收效率不高，結(jié)晶除磷及磷回收技術(shù)逡逑因磷回收效率較高、產(chǎn)物具有再利用價(jià)值而受到青w^。常見的結(jié)晶除磷及磷回收技術(shù)有羥逡逑基磷灰石除磷及磷回收技術(shù)和鳥糞石結(jié)晶除磷及磷回收技術(shù)。逡逑１０逡逑

Ｆｉｇ．邋１．４邋ＤＨＶ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑ＤＨＶ結(jié)晶反應(yīng)器最初由荷蘭人在２０世紀(jì)８０年代初開發(fā)，用于去除飲用水中的硬度，逡逑后被用于去除磷和重金屬等。該反應(yīng)器（見圖１．４）基于流化床內(nèi)石英砂晶種表面羥基磷逡逑灰石的結(jié)晶過程，添加適量石英砂，用氫氧化鈉或者石灰調(diào)節(jié)ｐＨ至９？１０，使磷酸鹽沉積逡逑１２逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2763018